KR101015597B1

KR101015597B1 - 반도체 소자의 열처리 장치

Info

Publication number: KR101015597B1
Application number: KR1020050027742A
Authority: KR
Inventors: 김형준; 신동훈
Original assignee: 주식회사 비아트론
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2011-02-17
Also published as: CN1973365A; KR20060045446A; CN100479117C

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 램프히터에 의한 가열과 유도기전력에 의한 유도가열을 동시에 사용하여 LCD 또는 OLED와 같은 평판디스플레이 패널에 사용되는 유리기판의 표면에 형성되는 비정질실리콘 박막의 결정화 또는 다결정실리콘 박막의 도펀트 활성화 공정을 포함하는 반도체 소자의 열처리 공정을 보다 높은 온도에서 빠르게 수행하면서 반도체 소자의 변형을 방지할 수 있는 반도체 소자의 열처리 장치에 관한 것이다.

비정질실리콘막, 결정화, 도펀트 활성화, 램프가열, 유도가열

Description

반도체 소자의 열처리 장치{Apparatus for Heat Treatment of Semiconductor device}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치의 구성도.

도 2는 반도체 소자의 열처리 장치를 구성하는 장입부의 정면도.

도 3은 장입부를 구성하는 서스셉터의 평면도.

도 4a는 가열부를 구성하는 가열로의 단면 사시도.

도 4b는 도 4a의 가열로가 서로 연결되는 부위에 대한 단면 사시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공정부의 외부 사시도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공정부의 내부하우징과 램프히터 및 롤러를 포함하는 부분의 사시도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공정부의 단면도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 사시도.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 유도가열 부위를 나타내는 개략 단면도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정부의 단면도.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 유도가열 부위를 나타내는 개략 단면도.

도 12a는 반도체 소자의 열처리 장치를 구성하는 배출부의 정면도.

도 12b는 도 12a의 측면도.

도 13a는 배출부를 구성하는 냉각서스셉터의 평면도.

도 13b는 도 13a의 A-A 단면도.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치에서 실시되는 열처리의 공정 조건을 나타내는 그래프.

도 15는 유도 코일의 전류에 따른 비정질 실리콘 박막의 결정화 정도를 나타내는 UV 곡선 기울기 변화에 대한 그래프.

도 16a 내지 도 16d는 유도 코일의 인가 전류가 0A, 20A, 30A, 40A일 때 각각 결정질 실리콘 박막의 라만 스펙트럼 변화를 나타내는 그래프.

도 17은 MILC 결정화 공정 후 유도 코일의 전류에 따른 결정 MILC 성장거리를 나타내는 그림.

도 18은 공정부의 가열온도와 할로겐램프의 전력량에 따른 면저항 및 UV 곡선 기울기 변화를 나타내는 그래프.

도 19는 유리기판의 각 위치에서 시간에 따른 온도변화를 나타내는 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 - 반도체 소자 20 - 지지판

100 - 장입부 200 - 가열부

300 - 공정부 310 - 외부하우징

315 - 내부하우징 320 - 램프히터

330 - 제1흑체 335 - 제2흑체

340 - 자성코아 350 - 유도코일

360 - 단열판 370 - 롤러

400 - 냉각부 500 - 배출부

평판디스플레이 장치 중에서 액정표시장치(Liquid Crystal Display) 또는 유기발광디스플레이(Organic Light Emitting Display)는 활성소자로서 유리기판의 표면에 형성되는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)를 포함하여 형성된다. 이러한 박막트랜지스터는 일반적으로 투명한 유리기판 또는 석영기판의 표면에 비정질실리콘 박막을 증착 시킨 후 이를 결정실리콘 박막으로 결정화시키고 여기에 필요한 도펀트를 주입하여 활성화시켜 형성하게 된다.

이러한 유리기판에 형성된 비정질 실리콘 박막은 일반적으로 화학증착법 (Chemical Vapor Deposition Method : CVD)에 의하여 형성되며, 소정의 열처리 과정에 의하여 다결정실리콘 박막으로 결정화되며, 필요한 도펀트가 주입되어 활성화된다.

비정질실리콘 박막을 결정화하는 방법은 기존에 여러 가지 방법이 제시되고 있으며, 고상 결정화 방법(Solid Phase Crystallization: SPC), 금속유도 결정화 방법(Metal Induced Crystallization: MIC), 엑사이머 레이저 결정화 방법(Excimer Laser Crystallization: ELC) 등이 있다.

고상 결정화 방법은 소정온도에서 열처리를 통하여 결정화를 하는 방법으로 일반적으로 비정질실리콘 박막이 형성된 유리기판을 600℃이상에서 열처리하여 결정화하는 방법이다.

금속유도 결정화 방법은 비정질실리콘 박막에 소정의 금속원소를 첨가하여 비교적 저온에서 결정화를 유도하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 열처리 온도가 너무 낮게 되면 결정립의 크기가 작고 결정성이 떨어져 소자의 구동특성이 나쁘게 될 수 있으며, 특히 첨가된 금속이 트랜지스터의 채널 영역에 유입되어 누설 전류가 증가되는 문제점이 있다. 이러한 금속유도 결정화 방법의 단점을 개선한 금속유도 측면결정화 방법((Metal Induced Lateral Crystallization: MILC)이 개발되었으며, 이 방법은 측면 결정성장을 유도하기 위해서는 500℃ 이상에서 열처리 공정이 필요하게 된다.

엑사이머 레이저 결정화 방법은 유리기판 상의 비정질실리콘 박막에 고 에너지의 레이저를 조사하여 비정질실리콘을 순간적으로 용융(melting)시키며, 용융된 실리콘 박막이 다시 냉각되면서 결정화되도록 하는 방법이다. 엑사이머 레이저 결정화 방법은 유리기판의 손상 없이 비정질실리콘 박막을 결정화시킬 수 있으나, 레이저 조사에 따른 줄무늬 결합이 발생되거나, 레이저 조사량의 불균일에 따른 결정상 불균일이 발생되어 소자의 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 또한, 이 방법은 장비가 고가이므로 초기 투자비와 유지비가 많이 소요되며, 대량생산에 적용하는데 한계가 있다.

한편, 다결정실리콘 박막을 이용하는 박막 트랜지스터는 상기와 같은 결정화 공정 후에 소정의 금속원소를 도펀트로 주입하고 활성화하는 공정이 추가적으로 진행된다.

일반적으로 박막 트랜지스터에 있어서, 소스 및 드레인 영역과 같은 n형 (또는 p형) 영역을 형성하기 위하여, 이온 주입 또는 플라즈마 도핑법을 사용하여 비소(arsenic), 인(phosphorus) 또는 붕소(boron)와 같은 도펀트를 다결정실리콘 박막의 필요한 위치에 주입한다. 그런 다음, 레이저 또는 열처리 방법을 통하여 상기 도펀트를 활성화시킨다.

이러한 도펀트의 활성화 공정은, 비정질실리콘 박막의 결정화 방법과 유사하게, 레이저 조사 또는 열처리 방법이 사용된다. 예를 들면, 엑사이머 레이저 어닐링(Excimer Laser Anneals: ELA)방법, 급속 어닐링(Rapid Thermal Anneals: RTA)방법, 또는 로 어닐링(Furnace annealing : FA)방법 등이 사용되었다.

상기 ELA방법은 비정질실리콘 박막의 결정화 공정에 사용되는 ELC와 동일한 메카니즘이 적용되며, 초단파(nano-second) 레이저 펄스로 다결정실리콘을 빠르게 재용융 및 결정화하는 과정에서 도펀트를 활성화하게 된다. 그러나, 이러한 ELA법은 ELC법에서 발견되는 문제점이 그대로 나타난다. 즉, 상기 ELA방법은 국부적을 레이저 조사량의 불균일에 따른 재용융과 재결정화가 불균일하게 진행되어 다결정실리콘 박막에도 열 응력이 발생될 수 있으며, 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 RTA방법은 가열원으로 텅스텐-할로겐 또는 Xe 아크 램프와 같은 광학 가열원을 사용하여 유리기판을 600도 이상의 온도에서 열처리하게 된다. 그러나, 이러한 RTA법은 600도 이상의 온도에서 수분이상 지속될 경우에 유리기판의 심각한 변형을 유발하고 600도 이하의 온도에서 열처리하게 되면 불충분한 활성화로 인하여 소자의 특성이 저하되는 문제점이 있다.

상기 로 어닐링방법은 소정의 열처리 온도에서 수 시간 동안 다결정실리콘 박막이 형성된 유리기판을 유지하여 주입되는 도펀트를 활성화하게 된다. 그러나, 이러한 로 어닐링방법은 열처리 온도가 낮게 되면 도펀트의 불충분한 활성화로 인해 소자의 신뢰성이 떨어지며 수 시간의 공정시간이 필요하며 생산성이 떨어지게 된다.

상기에서 살펴본 바와 같이 비정질실리콘 박막을 결정화하거나, 도펀트를 활성화하는 과정에 있어서, 열처리 온도는 공정시간과 결정화된 다결정실리콘 박막 또는 소자의 신뢰성에 영향을 주게 된다.

일반적으로 LCD 또는 OLED에 사용되는 유리기판은 보로실리게이트 계열의 유리기판으로서 500℃이상에 장시간 노출될 경우에 유리의 유동도 증가와 이에 다른 기계적 강도의 저하에 따라 열변형이 발생되며, 국부적으로 온도편차가 발생되면 변형이나 손상이 더욱 심하게 된다. 즉, 유리기판은 가열 또는 냉각 중에 내부와 모서리 및 외부의 가열속도가 다르게 되어 온도차가 발생되며, 이러한 온도차에 의하여 유리기판에 열적 응력이 발생되어 변형이 유발된다. 또한, 유리기판은 일정한 온도로 유지될 때도 온도분포가 균일하지 않으면 열응력에 의한 변형이 발생되며 치밀화 현상에 의한 수축정도가 불균일하여 변형이 발생된다.

따라서, 유리기판은 600℃ 이상에서 열처리가 진행될 때 유리기판의 국부적인 가열과 이에 따른 불균일한 응력에 의한 유리기판의 변형을 방지할 수 있는 수단이 필요하게 된다.

기존에 고상 결정화 또는 금속유도 결정화 방법을 사용하여 유리기판을 열처리하는 장치로는 수평 연속로와 수직 관상로가 있다. 상기 수평 연속로는 수십 미터에 달하는 긴 로의 내부로 컨베이어 또는 롤러를 사용하여 유리기판을 이송하며 열처리하는 장치이다. 이러한 수평 연속로는 유리기판의 손상과 변형을 방지하기 위해서 유리기판의 온도를 완만하게 상승 및 하강시키면서 열처리하게 되므로, 전체적인 로의 길이가 길어지게 된다. 따라서, 수평 연속로는 로의 길이를 줄이는 것이 어려우며, 열처리 공정시간이 수 시간 내지 수십 시간으로 길어지게 된다. 또한, 수평 연속로는 열처리시간이 길게 되므로 유리기판의 변형을 막기 위해서는 열처리 온도를 높이는데 한계가 있다.

한편, 수직 관상로는 수직으로 형성되는 로 내부에 석영(quartz) 또는 실리콘 카바이드(SiC) 보트에 유리기판을 수직방향으로 여러 장 장착하여 한번에 열처 리하는 장치이다. 이러한 수직 관상로는 유리기판의 외측에서 열을 가하여 열처리를 하게 되므로 유리기판의 내측과 외측 사이에 온도차가 발생하게 되며, 특히, 유리기판이 큰 경우에 유리기판의 내측과 외측의 가열 및 냉각 속도 차이가 크게 되어 유리기판의 변형이 심하게 발생된다. 또한, 유리기판은 보트와 접촉되는 부위와 그렇지 않은 부위사이의 가열 및 냉각속도가 다르기 때문에 균일한 가열 및 냉각이 어렵게 된다. 따라서, 수직 관상로는 유리기판의 내측과 외측의 가열 및 냉각 속도 차이를 줄이기 위해서 분당 5℃정도로 서서히 가열 및 냉각시키게 되므로 공정시간이 길어지는 문제점이 있다. 또한, 유리기판은 수직관상로의 보트에 지지되어 장착되므로 500℃ 이상의 온도에서 장시간 열처리하게 되면 자체 하중에 의하여 처짐 현상이 발생되므로, 수직관상로는 600℃이상의 온도에서 진행되는 도펀트 활성화나 고상 결정화 열처리에 사용되지 못하고 500℃미만의 열처리 장비로만 사용되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 램프히터에 의한 가열과 유도기전력에 의한 유도가열을 동시에 사용하여 LCD 또는 OLED와 같은 평판디스플레이 패널에 사용되는 유리기판의 표면에 형성되는 비정질실리콘 박막의 결정화 또는 다결정실리콘 박막의 도펀트 활성화 공정을 포함하는 반도체 소자의 열처리 공정을 보다 높은 온도에서 빠르게 수행하면서 반도체 소자의 변형을 방지할 수 있는 반도체 소자의 열처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 발명의 반도체 소자의 열처리 장치는 반도체 소자를 열처리하는 반도체 소자의 열처리 장치에 있어서, 상기 반도체 소자와 상기 반도체 소자가 안착되는 지지판이 안착되어 이송되는 장입부와, 소정 온도까지 단계적으로 유지 온도가 각각 설정되어 독립적으로 제어되는 적어도 두 개의 가열로를 포함하며 상기 장입부에서 이송되는 상기 반도체를 상기 소정 온도로 가열하는 가열부와, 상기 가열부에 접하여 설치되어 램프히터에 의한 가열과 유도기전력에 의한 유도가열에 의하여 반도체 소자를 소정의 열처리 온도에서 열처리하는 공정부와, 상기 열처리 온도부터 소정의 냉각 온도까지 단계적으로 유지 온도가 각각 설정되어 독립적으로 제어되는 적어도 두 개의 가열로를 포함하며 열처리 공정이 수행되어 상기 공정부로부터 이송되는 반도체 소자를 소정의 냉각 온도까지 냉각하는 냉각부 및 소정의 냉각온도까지 냉각되어 이송되는 상기 반도체 소자를 소정 온도까지 균일하게 냉각시켜 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 공정부는 상기 반도체 소자가 이송되어 열처리가 진행되는 공간을 형성하는 내부하우징과 상기 내부하우징 내부의 상부 또는 하부의 소정 영역에 설치되는 다수개의 램프를 포함하는 램프히터와 대략 판상 또는 다수의 블록으로 형성되며, 상기 내부하우징과 상기 램프히터 사이에서 적어도 상기 램프히터가 설치된 영역에 상응하는 영역에 설치되는 제1흑체와 대략 블럭 형태로 형성되며 상기 내부하우징 외부의 상부와 하부에 각각 설치되는 자성코아 및 상기 자성코아에 권선되는 유도코일을 포함할 수 있다. 또한, 상기 공정부는 상기 내부하우징 내부에서 상기 반도체 소자를 사이에 두고 상기 제1흑체와 대향하도록 형성되는 제2흑체를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 공정부는 상기 내부하우징 하부에 설치되며 반도체소자와 지지판을 지지하여 이송하는 롤러를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 공정부는 상기 내부하우징의 면적에 상응하는 면적의 판상으로 형성되며 상기 내부하우징과 자성코아 사이에 설치되는 단열판을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 램프히터는 할로겐램프로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1흑체 및 제2흑체는 실리콘카바이드 또는 실리콘카바이드가 코팅된 탄소체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부하우징과 단열판은 석영으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유도코일은 자성코아의 내부하우징에 대향되는 면에 형성되는 유도코일홈에 권선되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 자성코아는 상기 단열판과 소정 간극 이격되어 설치되며, 외부로부터 공급되는 냉각가스에 의하여 냉각되도록 형성될 수 있으며, 철 또는 페라이트 분말과 에폭시의 복합재료로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 공정부는 이송되는 반도체 소자의 열처리가 진행되는 공간을 형성하는 내부하우징과 상기 내부하우징 내부의 상부와 하부에 소정 영역으로 설치되는 램프히터와 적어도 상기 램프히터가 설치된 영역에 상응하는 면적을 갖는 대략 판상으로 형성되며, 상기 램프히터 내측의 상하에 각각 설치되는 가열흑체와 대략 블럭 형태로 형성되며 상기 내부하우징 외부의 상부와 하부에 설치되는 자성코아 및 상기 자성코아에 권선되는 유도코일을 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 가열흑체는 실리콘카바이드 또는 실리콘카바이드가 코팅된 탄소체로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 반도체 소자는 유기기판에 형성되는 비정질실리콘 박막, 유리기판에 형성된 다결정실리콘 박막, 반도체 소자가 형성되는 유리기판을 포함하는 반도체 소자 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자는 액정디스플레이 또는 유기발광 디스플레이 장치에 사용되는 박막트랜지스터일 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 열처리는 상기 비정질실리콘 박막의 고상결정화, 금속유도결정화, 금속유도측면결정화, 이온 주입된 다결정실리콘 박막의 활성화, 유리기판의 프리컴팩션 처리 중의 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 열처리는 400℃ 내지 1000℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 반도체 소자는 3mm 내지 10mm 두께의 석영으로 형성되는 지지판에 안착되어 이송될 수 있다. 또한, 상기 지지판은 상기 반도체 소자보다 그 폭과 길이가 적어도 10mm 크게 형성될 수 있다. 상기 지지판은 상기 반도체 소자가 안착되는 영역의 대각선 방향으로 적어도 4개의 탈착홀이 형성될 수 있다. 이때, 상기 탈착홀은 상기 안착되는 반도체 소자의 각 외측으로부터 10mm이내의 영역에 형성되며, 3mm보다 작은 직경 또는 폭의 원형 또는 사각형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치의 구성도를 나타낸다. 도 2는 반도체 소자의 열처리 장치를 구성하는 장입부의 정면도를 나타낸다. 도 3은 장입부를 구성하는 서스셉터의 평면도를 나타낸다. 도 4a는 가열부를 구성하는 가열로의 단면 사시도를 나타낸다. 도 4b는 도 4a의 가열로가 서로 연결되는 부위에 대한 단면 사시도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공정부의 외부 사시도를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공정부의 내부하우징과 램프히터 및 롤러를 포함하는 부분의 사시도를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공정부의 단면도를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 사시도를 나타낸다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 유도가열 부위를 나타내는 개략 단면도를 나타낸다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정부의 단면도를 나타낸다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 유도가열 부위를 나타내는 개략 단면도이다. 도 12a는 반도체 소자의 열처리 장치를 구성하는 배출부의 정면도를 나타낸다. 도 12b는 도 12a의 측면도를 나타낸다. 도 13a는 배출부를 구성하는 냉각서스셉터의 평면도를 나타낸다. 도 13b는 도 13a의 A-A 단면도를 나타낸다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치에서 실시되는 열처리의 공정 조건을 나타내는 그래프이다. 도 15는 유도 코일의 전류에 따른 비정질 실리콘 박막의 결정화 정도를 나타내는 UV 곡선 기울기 변화에 대한 그래프를 나타낸다. 도 16a 내지 도 16d는 유도 코일의 인가 전류가 0A, 20A, 30A, 40A일 때 각각 결정질 실리콘 박막의 라만 스펙트럼 변화를 나타내는 그래프이다. 도 17은 MILC 결정화 공정 후 유도 코일의 전류에 따른 결정 MILC 성장거리를 나타내는 그림이다. 도 18은 공정부의 가열온도와 할로겐램프의 전력량에 따른 면저항 및 UV 곡선 기울기 변화를 나타내는 그래프이다. 도 19는 유리기판의 각 위치에서 시간에 따른 온도변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치는, 도 1을 참조하면, 장입부(100)와 가열부(200)와 공정부(300)와 냉각부(400) 및 배출부(500)를 포함하여 형성된다. 상기 반도체 소자의 열처리 장치는 장입부(100)부터 배출부(500)가 서로 접하여 연속적으로 설치되어 가열부(200)와 공정부(300)와 냉각부(400)내의 열처리 공간에 외부의 공기가 유입되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 반도체 소자의 열처리 장치는 각 구성부가 독립적으로 제어되는 온도 제어 모듈과 독립적으로 구동되는 수평이송수단을 구비하여 형성되므로 각 구성부 별로 단계적으로 온도를 올리거나 내리면서 열처리를 수행할 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자의 열처리 장치는 열처리되는 반도체 소자의 변형이 발생되지 않도록 반도체 소자를 별도의 지지판(setter)에 안착시켜 이송하면서 열처리를 수행하게 된다. 따라서, 상기 반도체 소자의 열처리 장치는 단계적으로 반도체 소자의 온도를 상승시키면서 반도체 소자의 변형 또는 손상을 방지할 수 있게 되므로 보다 빠른 시간 내에 반도체 소자의 열처리를 수행할 수 있게 된다. 또한, 상기 반도체 소자의 열처리 장치는 반도체 소자의 변형을 방지하면서 빠른 시간 내에 열처리를 수행하게 되므로 보다 높은 온도, 즉 600℃이상의 온도에서도 유리기판을 포함하는 반도체 소자의 열처리가 가능하게 된다. 상기 반도체 소자의 열처리 장치에 의하여 열처리되는 반도체 소자(10)는 열처리가 필요한 다양한 반도체 소자를 의미하며, 상부에 비정질실리콘 박막이 형성된 유리기판, 다결정실리콘 TFT가 형성된 유리기판을 포함한다. 또한, 반도체 소자는 상면에 반도체 박막을 형성하기 위하여 예비수축(pre-compaction)이 필요한 유리기판을 포함한다. 이하에서는 반도체 소자가 비정질실리콘 박막이 형성된 유리기판인 경우에 대하여 설명한다.

먼저, 반도체 소자의 열처리 장치의 전체적인 구성을 설명한다.

상기 장입부(100)는 열처리되는 반도체 소자를 소정 온도로 예열 하여 상기 가열부(200)로 이송하게 된다. 상기 장입부(100)는 반도체 소자 즉, 비정질실리콘 박막이 형성된 유리기판이 변형되지 않도록 지지하면서 소정온도(예를 들면 200℃)까지 균일하게 예열 하게 된다.

상기 가열부(200)는 이송되는 반도체 소자를 소정의 온도로 가열하여 상기 공정부(300)로 이송하게 된다. 상기 가열부(200)는 독립적으로 온도가 제어되는 적어도 2개의 가열로(furnace)(210)를 포함하여 구성되며, 열처리 온도를 고려하여 적정한 수로 구성된다. 따라서, 상기 가열부(200)는 각 가열로(210)가 각각 단계별로 적정한 온도로 설정되어 유지되며, 바람직하게는 마지막 가열로는 설정온도를 열처리 온도로 설정하여 가열부(200)에서 일부 열처리가 진행될 수 있도록 한다. 예를 들면, 반도체 소자의 열처리 온도가 600℃이면, 상기 가열부(200)는 바람직하게는 3개의 가열로(210)를 포함하여 구성되며, 상기 장입부(100)에 연결된 첫 번째 가열로는 장입부(100)의 예열온도를 고려하여 300℃이상으로 유지되며, 두 번째 로와 세 번째 가열로는 열처리 온도인 600℃이상으로 유지하게 된다. 즉, 반도체 소자는 저온에서는 빠르게 가열온도를 상승시켜도 변형이 방지될 수 있으나, 고온에서는 변형이 발생할 가능성이 있으므로 서서히 가열온도를 상승시키는 것이 바람직 하게 된다. 따라서, 상기 가열부(200)는 가열로(210)의 유지 온도를 저온에서는 빠르게 가열되고, 고온에서는 서서히 가열되도록 설정하는 것이 바람직하게 된다.

상기 공정부(300)는 이송된 반도체 소자를 소정의 열처리 온도에서 열처리하게 되며, 열처리가 종료되면 소정 온도로 유지되는 상기 냉각부(400)로 이송하게 된다. 상기 공정부(300)는 상기 가열부(200)에 접하여 설치되며 할로겐램프로 구성되는 램프히터에 의한 가열과 유도기전력에 의한 유도가열에 의하여 이송되는 반도체 소자를 순간적으로 높은 온도로 가열하게 된다. 따라서, 상기 공정부(300)는 반도체 소자를 순간적으로 높은 온도로 가열하며, 반도체 소자의 변형을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 공정부(300)는 유도기전력의 발생을 위한 자성코아와 유도코일을 포함하여 형성된다.

상기 냉각부(400)는, 가열부(200)와 마찬가지로, 독립적으로 온도가 제어되는 적어도 2개의 가열로(furnace)(410)로 구성되며, 열처리 온도를 고려하여 적정한 수로 구성된다. 예를 들면, 반도체 소자의 열처리 온도가 600℃이면, 상기 냉각부(400)는 바람직하게는 3개의 가열로(410)를 포함하여 구성되며, 상기 공정부(300)에 연결된 첫 번째 가열로는 공정부(300)의 열처리 온도로 유지되며, 두 번째 가열로는 500℃정도로 유지하며, 세 번째 가열로는 배출 온도를 고려하여 300℃이하로 유지하게 된다. 따라서, 상기 냉각부(400)는 보다 빠른 시간 내에 반도체 소자를 냉각시키는 것이 가능하게 된다. 상기 냉각부(400)는 이송된 반도체 소자를 단계별로 소정 온도로 냉각시킨 후 상기 배출부(500)로 이송하게 된다.

상기 배출부(500)는 이송된 반도체 소자의 변형이 발생되지 않는 소정 온도( 일반적으로 100℃ 이하)까지 반도체 소자가 변형되지 않도록 균일하게 냉각시켜 다음 공정으로 이송하게 된다. 따라서, 상기 냉각부(400)는 이송되는 반도체 소자가 균일하게 냉각될 수 있도록 하는 다양한 냉각수단을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 배출부(500)는 반도체 소자의 균일한 냉각을 위하여 반도체 소자의 상면을 가열할 수 있는 가열수단을 구비할 수 있다.

다음은 반도체 소자의 열처리 장치의 각 구성부에 대하여 설명한다.

상기 장입부(100)는, 도 2를 참조하면, 반도체 소자(10) 및 지지판(20)이 안착되어 예열 되는 서스셉터(susceptor)(110)와 상기 서스셉터(110)를 상하로 이송하는 상하이송수단(130) 및 상기 지지판(20)을 좌우로 이송하는 수평이송수단(140)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 장입부(100)는 상기 서스셉터(110)의 상부에 설치되어 상기 반도체 소자(10)를 추가적으로 예열 하는 보조예열수단(150)이 포함되어 형성될 수 있다. 상기 장입부(100)는 반도체 소자(10)가 상온 보다 높은 소정 온도로 유지되는 가열부(200) 내부로 이송되면서 급격한 온도변화와 국부적 온도차에 의하여 변형 또는 손상되는 것을 방지하기 위해서, 반도체 소자를 소정 온도로 예열하여 이송하게 된다. 한편, 상기 장입부(100)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 대기 상태에서 반도체 소자를 예열하도록 형성되었으나, 필요한 경우에는 서스셉터(110)를 외부와 차단하는 별도의 케이스(도면에 표시하지 않음)가 장착될 수 있으며, 케이스 내부에 특정한 가스를 공급하여 분위기를 형성할 수 있도록 할 수 있음은 물론이다.

상기 지지판(20)은 바람직하게는 3mm ∼ 10mm 두께의 석영(quartz) 재질로 형성되며, 열처리 과정에서 상면에 반도체 소자(10)를 안착시켜 이송하게 된다. 상기 지지판(20)은 두께가 3mm보다 얇게 되면 열처리 과정 중에 변형될 우려가 있으며, 10mm보다 두껍게 되면 가열되는데 시간이 많이 소요되어 반도체 소자의 열처리 속도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 지지판(20)은 반도체 소자를 지지하는 동시에 전도된 열로 반도체 소자(10)를 가열하게 되므로 반도체 소자(10)의 균일한 예열을 위해서는 그 폭과 길이가 상부에 안착되는 반도체 소자(10)의 폭과 길이보다 크게 형성되며, 바람직하게는 적어도 10mm이상 크게 형성된다. 상기 지지판(20)은 바람직하게는 석영 재질로 형성되나 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니며, 알루미나 나이트라이드, 보론 나이트라이드와 같은 세라믹 재질을 포함하는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 지지판(20)은 상부에 안착되는 반도체 소자(10)를 탈착하기 위한 탈착홀(22)이 상하로 관통되어 형성되며 바람직하게는 상기 반도체 소자(10)가 안착되는 영역에서 대각선 방향으로 적어도 4개의 홀로 형성된다. 상기 탈착홀(22)은 상기 반도체 소자(10)의 대각선 방향 또는 각 측면의 중앙에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 탈착홀(22)은 수평 단면의 직경 또는 폭이 3mm보다 작은 원형 또는 사각형상으로 형성되며, 바람직하게는 반도체 소자(10)의 측면으로부터 10mm이내의 위치에 형성된다. 상기 탈착홀(22)이 10mm보다 안쪽으로 형성되면 열처리과정에서 탈착홈(22) 주위로 반도체 소자(10)의 온도분포가 불균일하게 되며, 반도체 소자(10)의 유리기판이 변형될 수 있다. 또한, 상기 탈착홀(22)의 크기가 3mm보다 크게 되면 고온에서 열처리시 반도체 소자(10)의 유리기판이 국부적으로 처지는 현상이 발생하게 된다.

상기 서스셉터(110)는, 도 3을 참조하면, 상면(111)에 안착되는 지지판(20)보다 큰 면적을 갖는 대략 수평인 판상으로, 서스셉터(110)를 가열하는 가열수단(114)과 지지판(20)이 균일하게 가열되도록 하는 단열홈(116)을 포함하여 형성된다. 상기 서스셉터(110)는 상기 가열부(200)의 입구에 상응하는 높이로 형성된다. 또한, 상기 서스셉터(110)는 상기 지지판(20)의 수평이송수단의 하나인 롤러가 수용되는 롤러홈(118)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 서스셉터(110)는 열전도성이 큰 재질로 이루어지며, 가열수단으로부터 전도되는 열을 지지판(20)에 효율적으로 전달하게 된다. 상기 서스셉터(110)는 알루미늄 금속 또는 합금, 흑연(graphite), 알루미늄 산화물(Aluminium Oxide), 알루미늄 나이트라이드(Aluminium Nitride), 보론 나이트라이드(Boron Nitride) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 서스셉터(110)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 한편, 도 3에서 상기 지지판(20)은 서스셉터(110)의 상부에 위치하지만, 편의상 점선으로 표시하였다. 또한 상기 지지판(20)의 각 모서리 부분에 형성되는 탈착홀(22)도 점선으로 표시하였다.

상기 가열수단(114)은 열선 또는 램프와 같은 발열체를 구비하여 형성되며, 바람직하게는 서스셉터(110) 상면(111)의 온도를 전체적으로 균일하게 상승시킬 수 있도록 서스셉터(110)의 내부에 설치된다. 즉, 상기 가열수단(114)은 발열체가 상기 서스셉터(110)의 내부에 일정간격으로 설치되어 형성되며, 서스셉터(110)와 일체로 형성되거나 서스셉터(110)의 내부에 형성되는 홀에 삽입되어 형성될 수 있다. 한편, 상기 내부가열수단(114)은 상기 서스셉터(110)의 하면(112)에 설치되어 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 내부가열수단(114)은 바람직하게는 상기 서스셉터(110)를 200℃이상으로 가열할 수 있는 용량을 갖도록 형성된다.

상기 단열홈(116)은 서스셉터(110)의 상면(111)의 중앙 영역에 소정 형상으로 형성된다. 상기 단열홈(116)은 상기 서스셉터(110)와 지지판(20)의 접촉면적을 감소시켜 서스셉터(110)로부터 지지판(116)의 중앙 영역으로 전도되는 열의 양을 조절하게 된다. 따라서, 상기 서스셉터(110)의 상면(111)에 안착되는 지지판(20)은 단열홈(116)이 형성된 영역에 접촉되는 중앙 부분과 단열홈(116)이 형성되지 않은 영역에 접촉되는 외측부분은 전도되는 열의 차이가 발생하게 되어 지지판(20)은 전체적으로 균일하게 온도가 균일하게 상승된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 상기 서스셉터(110)는 상기 내부가열수단(114)에 의하여 상면(111)이 전체적으로 대략 균일한 온도로 가열되며, 상기 지지판(20)은 상기 서스셉터(110)의 상면에 물리적으로 접촉되어 서스셉터(110)로부터 열이 전도되어 예열 된다. 그러나, 상기 지지판(20)은 전체적으로 대기 중에 노출되는 상태로 가열되므로, 지지판(20)으로 전달되는 열은 그 일부가 지지판(20)의 외측으로부터 대기 중으로 방열 된다. 따라서, 지지판(20)은 중앙과 외측 사이에 전도되는 열은 동일한 반면 방열 되는 열의 차이가 있어 중앙과 외측 사이에 온도 편차가 발생되며, 중앙의 온도가 외측의 온도보다 높게 된다. 이러한 경우에 상기 지지판(20)의 상면에 안착된 반도체 소자(10)도 지지판(20)의 온도 편차에 따라 중앙과 외측 사이에 온도편차가 발생되어 반도체 소자의 변형을 초래하게 된다. 그러나, 상기 서스셉터 상면(111)의 중앙 영역에 단 열홈(116)이 형성되면, 지지판(116)은 단열홈(116)이 형성된 영역과 접촉되는 중앙 부분에 전도되는 열이 단열홈(116)이 형성되지 않은 영역과 접촉되는 외측부분에 전도되는 열보다 작게 된다. 따라서, 상기 지지판(20)은 외측부분에 전도되는 열의 일부가 방열 되어도 중앙 부분에 전도되는 열과 대략 동일하게 되어 전체적으로 균일하게 가열된다. 또한, 상기 지지판(20)의 상면에 안착되는 반도체 소자(10)도 전체적으로 균일하게 가열된다.

상기 단열홈(116)은 지지판(20) 및 반도체 소자(10)의 크기와 예열온도에 따라 서스셉터(110)의 중앙 영역에 소정의 면적과 형상으로 형성된다. 상기 단열홈(116)은, 도 3에서 보는 바와 같이 서스셉터 상면(111)의 중앙영역에서 소정 깊이와 좌우 방향으로 연장되는 소정 길이의 트렌치(trench) 형상으로 형성될 수 있으며, 전후 방향으로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 단열홈(116)은 트렌치 형상이 소정 간격으로 형성될 있다. 상기 서스셉터(110)는 바람직하게는 중앙 부분에서 서스셉터(110)의 상면에 안착되는 지지판(20) 면적의 20% 내지 70% 영역, 바람직하게는 20% 내지 50%의 영역에 단열홈(116)이 형성된다. 상기 단열홈(116)이 형성되는 영역이 지지판(20) 면적의 20%보다 작게 되면 지지판(20)의 중앙 영역에 전도되는 열을 차단하는 정도가 작게 되어 지지판(20)의 중앙 영역의 온도 상승이 크게되어 지지판(20)을 전체적으로 균일하게 예열 하는 것이 어렵게 된다. 또한, 상기 단열홈(116)이 형성되는 영역이 지지판(20) 면적의 70%보다 크게 되면 지지판(20)의 외측부분에 전도되는 열을 차단하는 정도가 크게되어 외측부분의 온도 상승이 상대적으로 작게되며 지지판(20)을 전체적으로 균일하게 예열 하는 것이 어렵게 된다.

또한, 상기 지지판(20) 및 반도체 소자(10)의 예열온도가 상대적으로 작게 되면 즉, 상온과의 차이가 작게되면, 상기 지지판(20)의 측부로부터 방열 되는 열의 양이 상대적으로 작게 된다. 따라서, 상기 서스셉터(110)는 단열홈(116)이 상대적으로 작은 영역에 형성되어도, 상기 지지판(20)의 예열 온도를 전체적으로 균일하게 할 수 있다.

또한, 상기 단열홈(116)은 트렌치 폭과 형성 간격이 적정하게 조정되어 형성될 수 있다. 다만, 상기 단열홈(116)은 트렌치 폭을 너무 크게 하면 지지판(20)의 중앙부분에 열이 전도되지 않은 영역과 열이 전도되는 영역이 크게 구별되어 형성되면서 오히려 지지판(20)의 중앙영역에서 온도의 불균일이 초래될 수 있다. 이러한 경우에는 지지판(20)의 상부에 안착되어 있는 반도체 소자도 중앙부분에서 예열 온도의 불균일이 초래되어 변형 또는 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 단열홈(116)은 트렌치 폭을 작게 하면서 트렌치의 수를 증가시켜 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단열홈(116)은 트렌치 폭이 트렌치 형성 간격과 같거나 작게 되도록 형성되며 바람직하게는 0.5배보다 작게 되도록 형성된다. 상기 단열홈(116)은 트렌치 폭이 트렌치의 형성간격보다 크게 되면 지지판(20)에 전도되는 열이 차단되는 정도가 크게 되어 오히려 단열홈(116)이 형성된 내측 부분의 온도가 낮게 될 수 있다. 예를 들면, 상기 단열홈(116)은 트렌치 폭은 1mm 내지 3mm, 트렌치의 형성간격은 3 mm 내지 6 mm가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 단열홈(116)은 지지판(20)과 서스셉터(110)가 직접 접촉되지 않 도록 소정 깊이로 형성된다. 다만, 상기 단열홈(116)의 깊이가 너무 깊게 되면 내부에 설치되는 가열수단(114)의 설치 위치가 서스셉터(110)의 상면에서 멀어지게 되므로 적정한 깊이로 형성하는 것이 필요하다.

상기 롤러홈(118)은 서스셉터(110)의 전 후측에 소정 간격으로 형성되며, 서스셉터(110)의 상면에 안착되는 지지판(20)의 전 후측 일부가 접촉될 수 있는 길이로 형성된다. 또한, 상기 롤러홈(118)은 서스셉터(110)가 지지판(20)의 지지와 예열을 위하여 상승되었을 때, 롤러가 상면으로 돌출 되지 않도록 소정 깊이로 형성된다. 따라서, 상기 지지판(20)은 예열 과정에서는 서스셉터(110)의 상면(111)에 균일하게 접촉되며, 예열이 종료된 후에는 서스셉터(110)가 하강되면서 상기 롤러홈(118)에 삽입되어 있는 롤러(140)에 의하여 지지되어 좌우로 이송된다. 다만, 상기 롤러홈(118)은 지지판(20)을 좌우로 이송하는 수평이송수단(140)으로 롤러가 사용되는 경우에 형성된다.

상기 상하이송수단(130)은, 도 2를 참조하면, 상기 서스셉터(110)의 하면(112)에 결합되어 서스셉터(110)를 상하로 이송하게 된다. 상기 서스셉터(110)는 상하이송수단(130)에 의하여 상승되어 지지판(20)을 지지하여 예열하며, 예열이 종료된 후에는 하강되면서 지지판(20)이 롤러에 지지되도록 한다. 상기 상하이송수단(130)은 공압실린더, 볼스크류 이송기구, 타이밍벨트 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 공압실린더가 사용된다. 다만 여기서 상하이송수단(130)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 서스셉터(110)를 상하로 이송하는 다양한 이송기구가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 상하이송수단(130)은 서스셉터(110)의 무게, 면적에 따라 소정 개수로 형성될 수 있다.

상기 수평이송수단(140)은 상기 지지판(20)을 수평으로 이송하여 상기 가열부(200)의 내부로 이송하게 된다. 상기 수평이송수단(140)은 바람직하게는 서스셉터(110)의 롤러홈(118)에 삽입되어 회전하는 롤러(140)로 형성되며, 롤러(140)는 이송되는 지지판(20)의 크기를 고려하여 적정간격으로 형성된다. 상기 롤러(140)는 별도의 지지수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전 가능하게 지지되며, 별도의 구동수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전된다. 따라서, 상기 롤러(140)는 다수 개가 수평 방향으로 소정 간격을 두고 설치되며, 회전하면서 상부에 안착되어 있는 지지판(20)을 수평 방향으로 이송하게 된다.

한편, 상기 수평이송수단(140)은 롤러 외에도 공압실린더, 볼스크류 이송기구 등이 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 예를 들면 공압실린더가 수평이송수단으로 사용되는 경우에, 도 2를 참조하면, 공압실린더는 서스셉터(110)의 외측에 별도의 지지수단에 의하여 지지되면서, 지지판(20)을 좌측에서 우측으로 밀어 수평으로 이송하게 된다. 상기 수평이송수단으로 이러한 이송기구가 사용되는 경우에는 서스셉터(110)의 상면에는 롤러홈(118)이 형성되지 않아도 됨은 물론이다.

상기 가열부(200)는, 도 1을 참조하면, 열처리 온도를 고려하여 적정한 수의 가열로(210)로 구성되며, 적어도 2개의 가열로(210)를 포함하여 형성된다. 상기 가열부(200)는 각 가열로(210)가 열처리 온도에 따라 각각 단계별로 적정한 온도로 유지되며 독립적으로 제어된다. 또한, 바람직하게는 상기 가열부(200)는 마지막 가열로(210)의 설정온도를 열처리 온도로 설정하여 가열부(200)에서 일부 열처리가 진행될 수 있도록 한다.

상기 가열로(210)는, 도 4a를 참조하면, 몸체를 이루는 몸체부(220)와 몸체부(220) 내부에서 열을 발생시키는 가열수단(230) 및 반도체 소자(10)와 지지판(20)을 수평으로 이송시키는 롤러(240)를 포함하여 형성된다. 상기 가열로(210)는 일측에 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 장입되는 입구(212)와 타측에 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 배출되는 출구(214)가 소정 높이로 형성된다. 또한, 상기 가열로(210)는 내부에 지지판(20)이 이송되어 가열되는 위치를 감지하는 위치센서(도면에 표시하지 않음)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 가열로(210)는 내부에 질소 가스와 같은 불활성 가스를 일정하게 공급하는 가스 공급수단(도면에 표시하지 않음)을 구비할 수 있다. 상기 가열로(210)는 공급되는 가스에 의하여 내부가 일정한 분위기의 양압으로 유지될 수 있으며, 외부의 공기가 유입되는 것이 방지되어 내부 온도가 보다 균일하게 유지될 수 있다. 상기 가스 공급수단은 바람직하게는 가스가 가열로(210)의 상부에서 내부로 공급되고 가열로(210)의 하부로 배출되도록 구성된다.

상기 몸체부(220)는 가열로(210)의 외관을 이루는 외측하우징(222)과, 상기 외측하우징(222)의 내부에서 상하로 소정 공간이 이격되어 설치되는 단열재(223a, 223b)와 상기 단열재(223a, 223b)의 내측으로 소정간격 이격되어 상부와 하부에 설치되며 가열로(210)의 열처리 공간을 형성하는 내측하우징(224a, 224b)을 포함하여 형성된다. 상기 내측하우징(224a, 224b)은 바람직하게는 석영으로 형성되어 내부의 열처리 공간이 오염되는 것을 방지하게 된다.

상기 가열수단(230)은 발열체(232)와 열전대(236)를 포함하여 형성된다. 또한 상기 가열수단(230)은 가열로(210)의 입구(212)와 출구(214)의 상부와 하부에 설치되는 제2발열체(234)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 가열수단(230)은 내측하우징(224a, 224b)과 발열체(232) 사이에서 내측하우징(224a, 224b)에 인접하여 형성되는 전도판(238)을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 발열체(232)는 상기 내측하우징(224a, 224b)과 단열재(232a, 232b) 사이에 소정 간격으로 설치되며, 열처리 공간을 소정 온도로 가열하게 된다. 상기 발열체(232)는 가열로(210)의 상부에만 설치될 수 있으며, 상부와 하부 모두에 설치될 수 있음은 물론이다. 상기 발열체(232)는 가열로(210)의 설정온도에 따라 적정한 수량으로 형성될 수 있다. 상기 발열체(232)는 전체적으로 하나의 발열체로 형성되기보다는 독립적으로 제어되는 소정 개수로 형성되며, 가열로(210)의 수평면을 기준으로 구분되는 소정 영역에 각각 설치되어 제어되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 가열로(210)를 9개의 영역으로 구분하여 각각의 영역에 발열체(232)를 설치하여 가열로(210)의 내부 온도를 제어할 수 있다. 상기 가열로(210)의 내부는 수평면을 기준으로 영역별로 온도 편차가 발생될 수 있으므로, 이러한 편차를 보정하기 위해서 각각의 영역의 발열체(232)를 독립적으로 제어하게 되면 보다 균일하게 온도를 제어할 수 있게 된다. 상기 발열체(232)는 저항히터 또는 램프히터가 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

상기 제2발열체(234)는 가열로(210)의 입구(212)와 출구(214)의 상부와 하부에 설치되어 입구(212)와 출구(214)의 온도가 내측보다 낮게 되는 것을 방지하게 된다. 즉, 상기 가열로(210)의 입구(212)와 출구(214)는 외부로 열이 누출되므로 상대적으로 온도가 낮게 되므로 별도의 발열체를 설치하여 온도를 내측과 동일하게 되도록 유지할 수 있다. 상기 제2발열체(234)는 상기 발열체(232)와 마찬가지로 저항히터 또는 램프히터가 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

상기 열전대(236)는 상부의 내측하우징(224a)에 근접한 위치에 설치되어 가열로의 온도를 측정하게 된다. 상기 열전대(236)의 온도 측정 결과를 근거로 상기 발열체(232)를 제어하게 된다. 한편, 상기 발열체(232)가 영역별로 독립적으로 설치되는 경우에는 열전대(236) 또한 발열체(232)에 대응되어 독립적으로 설치된다. 또한, 상기 열전대(236)는 열처리 공간 내에도 설치되어 열처리 공간 내의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 전도판(238)은 상기 발열체(232)와 내측하우징(224a, 224b)의 사이에 열처리 공간의 수평면적에 상응하는 면적으로 설치되며, 발열체(232)의 열이 내측하우징(224a, 224b)으로 균일하게 전달되도록 한다. 즉, 상기 발열체(232)는 소정 간격으로 형성되므로 내측하우징(224a, 224b)은 국부적으로 온도 차이가 있을 수 있으며, 내부의 열처리 공간에서도 이러한 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 전도판(238)은 발열체(232)의 열이 보다 균일하게 내측하우징(224a, 224b)으로 전달될 수 있도록 하여 준다. 상기 전도판(238)은 열전도성이 우수한 금속 또는 세라 믹 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전도판(238)은 스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄, 알루미나와 같은 재질로 형성될 수 있다.

상기 롤러(240)는 대략 원기둥 형상으로 형성되며, 가열로(210)의 내측하우징(224a, 224b)의 내측에 소정 간격으로 다수 개가 설치된다. 상기 롤러(240)는 가열로(210)의 크기와 이송되는 지지판(20)의 크기에 따라 소정 간격으로 형성된다. 상기 롤러(240)는 지지판(20)의 이송방향, 입구(212)와 출구(214)의 방향에 수직한 방향으로 설치되며 외측하우징(222)의 외부로 연장되어 별도의 회전수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전된다. 상기 롤러(240)는 내측하우징(224a, 224b)의 내부에서 소정 높이로 형성되며, 바람직하게는 상기 가열로(210)의 입구(212)와 출구(214)의 바닥면보다 높은 위치로 형성되어 이송되는 지지판(20)의 하면이 입구(212)와 출구(214)의 바닥면에 접촉되지 않도록 한다. 상기 롤러(240)는, 바람직하게는 내측하우징(224a, 224b)과 동일한 재질인 석영(quartz)으로 형성되어 지지판(20)의 이송과정에서 마찰에 따른 오염물질의 발생이 최소화되도록 한다.

상기 가열부(200)는, 도 4b를 참조하면, 각각의 가열로(210)가 연결될 때 내측하우징(224a, 224b)이 서로 결합되도록 하여 외부의 공기가 유입되거나 내부의 공기가 외부로 유출되는 것을 최대한 방지하게 된다.

상기 공정부(300)는, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 외부하우징(310)과 내부하우징(315)과 램프히터(320)와 제1흑체(330)와 자성코아(340) 및 유도코일(350)을 포함하여 형성된다. 또한 상기 공정부(300)는 제2흑체(335)와 단열판(360) 및 롤러(370)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 공정부(300)는 상기 램프히터(320)와 제1흑체(330)를 사용하여 상기 가열부(200)에서 소정 온도로 가열되어 이송되는 반도체 소자(10)를 전체적으로 적어도 가열부(200)의 최종 온도로 유지한다. 또한, 상기 공정부(300)는 자성코아(340)와 유도코일(350)을 이용한 유도가열을 통하여 짧은 시간 내에 반도체 소자(10)를 국부적으로 높은 온도까지 균일하게 가열하여 열처리를 수행하게 된다. 한편, 상기 공정부(300)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 열처리 장치의 일부를 구성하여 사용되지만, 독립적으로 열처리 장비로서 사용될 수 있으며 일반적인 반도체 소자의 열처리 장비에서도 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 외부하우징(310)은, 도 5를 참조하면, 공정부(300)의 외형을 형성하며, 외부로의 열 방출을 차단하게 된다. 상기 외부하우징(310)은 일측과 타측에 상기 반도체 소자(10)가 이송되는 출입구(312)가 형성된다. 상기 외부하우징(310)은 바람직하게는 상부와 하부가 서로 분리되도록 형성된다.

미설명 부호인 314는 공정부(300) 내부의 열처리 공간의 온도를 측정하는 파이로미터(pyrometer)이다. 열처리 공간 내부에서 오염물질 발생을 최소화하기 위해서 일반적으로 사용되는 열전대 대신에 파이로미터를 사용한다. 상기 파이로미터(314)는 도 7을 참조하면, 반도체 소자(10)의 상부에서 열처리 공간의 온도를 측정하게 된다.

상기 내부하우징(315)은, 도 6과 도 7을 참조하면, 상측내부하우징(315a)과 하측내부하우징(315b)을 포함하며, 상기 외부하우징(310)의 내측으로 소정 간격 이격되어 설치된다. 상기 상측내부하우징(315a)과 하측내부하우징(315b)은 서로 소정 거리 이격되어, 내부로 이송되는 반도체 소자(10)의 열처리가 진행되는 공간을 형성하게 된다. 또한, 상기 내부하우징(315)은 내부에 램프히터(320)와 제1흑체(330)와 제2흑체(335) 및 롤러(370)가 설치된다. 따라서, 상기 내부하우징(315)은 이송되는 반도체 소자(10)와 램프히터(320)와 제1흑체(330)와 제2흑체(335) 및 롤러(370)가 수용될 수 있는 공간이 형성되도록 상기 상측내부하우징(315a)과 하측내부하우징(315b)의 이격 거리를 설정하게 되며, 바람직하게는 열처리 공간 내의 온도 균일도를 위해서 최소한의 공간이 형성되도록 이격 거리를 설정하게 된다. 상기 내부하우징(315)은 상기 외부하우징(310)의 출입구에 상응하는 위치에 각각 내부 출입구(317)가 형성되어 반도체 소자(10)와 지지판(20)이 출입하게 된다. 상기 내부하우징(315)은 바람직하게는 석영으로 형성되어 고온으로 유지되는 열처리 공간 내부에서 오염물이 발생되는 것을 방지하게 된다.

상기 램프히터(320)는 다수 개의 할로겐램프로 구성되며, 내부하우징(315) 내부의 상부 또는 하부에 소정 영역으로 설치된다. 상기 램프히터(320)는 바람직하게는 반도체 소자(10)의 가열면적을 최대한 증가시킬 있도록 내부하우징(315)의 내부에서 폭 방향으로 최대한의 영역으로 설치된다. 또한, 상기 램프히터(320)는 바람직하게는 열처리 공간의 높이가 최소화되도록 상기 롤러(370)가 설치되는 내부하우징(315)의 하부에 설치되며, 반도체 소자(10)를 하부에서 가열하게 된다. 상기 할로겐램프는 바람직하게는 다수 개가 상기 반도체 소자(10)의 이송방향에 수직한 방향으로 위치되도록 설치되며, 열처리 공간 내의 온도 및 온도 균일도에 따라서 설치 간격이 조정될 수 있다. 또한, 상기 램프히터(320)는 내부하우징(315)의 출 입구(317)에 설치되는 출입구 램프히터(322)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 램프히터(320)는 할로겐램프가 반도체 소자(10)의 이송방향과 수직한 방향인 폭 방향으로 나란히 설치되므로 반도체 소자(10)는 길이 방향으로는 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다. 상기 램프히터(320)는 바람직하게는 할로겐램프로 형성되며, 여기서 램프의 종류를 한정하는 것은 아니며, 가시광선 영역의 파장을 방출하는 다양한 램프가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 램프히터(320)는 적외선 영역의 파장을 방출하는 적외선 램프를 포함하는 다양한 램프도 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 램프히터(320)는 가시광선 영역의 파장을 갖는 열을 방출하게 되며, 반도체 소자(10)의 특정 부분을 선택적으로 가열하게된다. 상기 반도체 소자(10)는 실리콘 박막 또는 금속박막과 이들이 도포된 유리기판으로 이루어지며, 석영 재질의 지지판에 안착되어 이송된다. 이러한 경우에 상기 램프히터(1320)의 할로겐램프에서 방출되는 가시광선은 지지판과 유리기판에 대하여는 흡수율이 매우 낮아 가열효과가 적게 되며, 유리기판에 도포된 비정질 실리콘 박막이나 금속박막(예를 들면 도펀트 활성화가 진행되는 TFT 소자의 게이트 금속)에 대하여는 흡수율이 매우 높아 가열효과가 크게 된다. 즉, 상기 램프히터(320)는 유리기판에 도포된 비정질실리콘 또는 금속박막에 대하여 선택적으로 급속하게 가열하게 된다.

상기 제1흑체(330)는 판상의 실리콘 카바이드 또는 실리콘 카바이드가 코팅된 탄소체와 같은 흑체로, 소정 크기를 갖는 다수 개의 대략 판상 블록으로 형성될 수 있다. 상기 제1흑체(330)는 적어도 상기 램프히터(320)가 형성된 영역에 상응하 는 면적으로 설치된다. 또한, 상기 제1흑체(330)는 내부하우징(315)의 상부 또는 하부에서 내부하우징(315)과 램프히터(320) 사이에 설치된다. 즉, 상기 제1흑체(330)는 이송되는 반도체 소자(10)를 기준으로 램프히터(320)와 동일한 방향에서 램프히터(320)의 후측에 형성된다. 이러한 경우에 상기 램프히터(320)는 반도체 소자(10)의 하부에서 반도체 소자(10)를 직접 가열하면서 하부의 제1흑체(330)를 가열하게 되어 제1흑체(330)를 보다 효과적으로 가열할 수 있게 된다. 하지만 상기 제1흑체(330)는 반도체 소자(10)를 기준으로 램프히터(320)와 반대 위치에 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 제1흑체(330)는 거의 모든 파장의 빛을 흡수하는 특성이 있으므로 상기 램프히터(320)에서 방출되는 복사열을 흡수하여 가열되며, 800℃ 이상으로 가열되며, 적외선 파장의 열을 방출하게 된다. 따라서, 상기 제1흑체(330)는 반도체 소자(10)의 유리기판과 지지판(20)을 선택적으로 가열하게 된다. 상기 반도체 소자(10)의 비정질 실리콘 박막(또는 금속박막)은 상기 램프히터(320)에 의하여 선택적으로 가열되므로, 가열온도가 너무 높게 되면 유리기판의 변형을 유발할 수 있다. 따라서 상기 반도체 소자(10)의 비정질 실리콘 박막이 가열될 때 유리기판과 지지판이 적절하게 가열되는 것이 필요하게 된다. 상기 제1흑체(330)는 반도체 소자(10)의 유리기판과 석영으로 이루어지는 지지판(20)을 보다 효과적으로 가열하여 상부의 비정질실리콘 박막과의 온도편차를 줄이게 된다.

상기 제1흑체(330)는 내부하우징(315)의 하부에 형성될 때 램프히터(320)의 열이 내부 출입구(337)를 통하여 손실되는 것을 방지할 수 있도록, 내부하우징 (315)의 각 내부출입구(337)와 최외곽에 위치하는 램프히터(320)의 할로겐램프 사이에 단열흑체(332)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 단열흑체(332)는 램프히터(320)의 높이에 상응하는 높이와 적어도 내부출입구(337)의 길이에 상응하는 길이로 형성된다.

상기 제2흑체(335)는 제1흑체(330)와 같이 판상의 실리콘 카바이드 또는 실리콘 카바이드가 코팅된 탄소와 같은 흑체로 형성되며, 적어도 상기 제1흑체(330)의 설치 영역에 상응하는 영역에 설치된다. 또한, 상기 제2흑체(335)는 반도체 소자(10)를 기준으로 제1흑체(330)와 반대 방향에 설치되어 램프히터(320)의 가열에 의하여 가열되면서 반도체 소자(10)를 가열하게 된다. 따라서, 상기 제1흑체(330)가 내부하우징(315)의 하부에 설치되는 경우에, 상기 제2흑체(335)는 내부하우징(315)의 상부에 설치되며 이송되는 반도체 소자(10)의 상면과 직접 대향하여 근접한 거리에서 반도체 소자(10)를 가열하게 된다. 또한, 상기 제1흑체(330)가 상부에 형성되는 경우에는 제2흑체(335)는 하부에 설치된다.

상기 자성코아(340)는, 도 7을 참조하면, 자성특성을 갖는 재질로 형성되며, 바람직하게는 철 또는 페라이트와 같은 자성 분말과 수지의 복합체로 형성된다. 상기 자성코아(340)가 일반적인 금속 또는 산화물 자성재료로 형성되면 고주파에서 에너지 손실이 크게 되므로, 자성분말과 수지의 복합체로 형성되어 고주파에서 에너지 손실을 최소화하게 된다. 상기 자성코아(340)를 구성하는 수지는 에폭시수지를 포함하는 다양한 수지가 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 자성코아(340)는 대략 블록형태로 상부자성코아(340a)와 하부자성코아 (340b)를 포함하며 내부하우징(315) 외부에서 내부하우징(315)과 소정거리 이격되어 상부와 하부에 각각 형성된다. 상기 자성코아(340)는 내부하우징(315)을 중심으로 상하에 대칭되도록 설치되어, 제1흑체(330)와 제2흑체(335)의 서로 대응되는 영역이 유도기전력에 의한 유도가열이 발생되도록 한다. 상기 자성코아(340)는 바람직하게는 내부하우징(315)에 대향하는 면에 상기 유도코일(350)이 권선되는 유도코일홈(342)이 형성된다. 따라서, 상기 유도코일홈(342)은 상부에 설치되는 상부자성코아(340a)의 하면과 하부에 설치되는 하부자성코아(340b)의 상면에 각각 형성된다. 상기 자성코아(340)는 적어도 열처리되는 반도체 소자(10)의 길이(즉, 반도체 소자가 이송되는 방향과 수직인 방향의 길이)로 형성되어 반도체 소자(10)가 길이방향으로 전체적으로 가열될 수 있도록 한다. 또한, 상기 자성코아(340)는 상기 유도코일(350)과 함께 반도체소자의 소정 폭 영역을 국부적으로 가열할 수 있도록 소정 폭으로 형성된다. 즉 상기 자성코아(340)는 유도코일홈(242)간의 거리가 반도체 소자(10)의 가열 폭이 되도록 형성된다. 상기 자성코아(340)는 바람직하게는 5 - 200mm의 영역을 가열할 수 있도록 형성된다.

상기 자성코아(340)는 내부하우징(315)과 소정간격으로 이격되어 설치되며, 상기 자성코아(340)와 내부하우징(315)사이에는 별도의 냉각가스가 공급되어 내부하우징(315)의 열이 자성코아(340)로 전달되는 것을 방지하게 된다. 따라서, 상기 자성코아(340)는 바람직하게는 유도코일홈(342) 사이의 중앙 영역에 상부에서 하부로 관통되는 냉각가스 분사홀(344)이 형성되며, 중앙영역에서 공급되는 가스가 외측 영역으로 흐르면서 자성코아(340)를 냉각시키게 된다. 상기 냉각가스 분사홀 (344)은 자성코아(340)의 길이에 따라 적정한 개수 및 직경 또는 크기로 형성될 수 있다. 다만, 상기 냉각가스 분사홀(344)은 자성코아(340)의 측부에 별도의 배관에 의하여 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 냉각가스 분사홀(344)은 별도의 냉각가스 공급관(345)에 연결되며 외부에서 냉각가스가 공급된다.

미설명 부호인 346은 상기 자성코아(340)를 외부하우징(310)에 연결하여 지지하는 지지 브라켓이다.

상기 유도코일(350)은, 도 8을 참조하면, 상부유도코일(350a)과 하부유도코일(350b)을 포함하며, 내부하우징(315)의 상부에 형성되는 상부자성코아(340a)와 하부에 형성되는 하부자성코아(340b)의 각 유도코일홈(342)에 권선되어 형성된다. 상기 유도코일(350)은 바람직하게는 상부유도코일(350a)과 하부유도코일(350b)이 서로 전기적으로 연결되어 동시에 제어될 수 있도록 형성된다. 상기 유도코일(350)은 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 내부가 중공으로 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 유도가열 부위를 나타내는 개략 단면도를 나타낸다.

상기 자성코아(340)와 유도코일(350)은, 도 9를 참조하면, 유도기전력에 의한 유도가열에 의하여 상기 제1흑체(330)와 제2흑체(335)의 소정영역(a)을 국부적으로 가열하게 된다. 상기 유도코일(350)은 고주파 교류 파워서플라이(도면에 표시하지 않음), 상기 파워서플라이와 유도 코일의 임피던스 보정을 위한 매칭장치(도면에 표시하지 않음)에 연결되어 소정 주파수와 크기를 갖는 전류가 인가된다. 상기 유도코일(350)은 10KHz 내지 100MHz의 주파수를 갖는 전류가 인가되며, 자성코아(340)와 유도코일(350)은 인가되는 전류에 의하여 제1흑체(330)와 제2흑체(335)의 소정 영역에 유도전류를 발생시키게 된다. 따라서, 상기 제1흑체(330)와 제2흑체(335)는 반도체 소자(10)를 국부적으로 높은 온도로 가열하게 된다. 상기에서 설명한 바와 같이 램프히터(320)는 가시광선에 의하여 직접 반도체 소자(10)의 특정 부분을 가열하면서 동시에 제1흑체(330)와 제2흑체(335)를 가열하게 되며, 제1흑체(330)와 제2흑체(335)는 적외선을 방출하여 반도체 소자(10)의 다른 부분을 가열하게 된다. 상기 램프히터(320)의 가시광선에 의한 가열은 램프에 인가되는 전류를 제어함으로써 제어가 가능하나, 램프의 전류를 상승시키면 제1흑체(330)와 제2흑체(335)의 온도 상승에 따라 적외선의 방출 양이 증가되므로 가시광선 가열과 적외선 가열을 독립적으로 제어하기 어렵게 된다. 따라서, 상기 자성코아(340)와 유도코일(350)은 램프히터(320)와는 독립적으로 유도가열에 의하여 제1흑체(330)와 제2흑체(335)를 국부적으로 가열함으로서 적외선 가열을 제어할 수 있게 된다. 한편, 유도가열에 의한 상기 제1흑체(330)와 제2흑체(335)의 가열은 저항가열에 비하여 효율이 높으며, 저항가열시 필요한 전극 및 배선을 제1흑체(330)에 연결할 필요가 없으므로 보다 용이하게 설치할 수 있게 된다.

상기 단열판(360)은 바람직하게는 석영으로 형성되며, 다만 여기서 단열판(360)의 재질을 한정하는 것은 아니며, 단열 특성이 있는 다양한 재질이 사용될 수 있음은 물론이다. 상기 단열판(360)은 적어도 내부하우징(315)의 면적에 상응하는 면적을 갖는 대략 판상으로 형성되며 내부하우징(315)과 자성코아(340)사이에 설치된다. 따라서 상기 단열판(360)은 상측내부하우징(315a)과 상부자성코아(340a) 사 이에 설치되는 상부단열판(360a)과 하측내부하우징(315b)과 하부자성코아(340b) 사이에 설치되는 하부단열판(360a)을 포함하여 형성된다. 상기 단열판(360)은 내부하우징(315)으로부터 자성코아(340)와 유도코일(350) 및 외부하우징(310)으로 열이 전달되는 것을 방지하게 된다.

상기 롤러(370)는 바람직하게는 석영으로 형성되어 내부하우징(315)의 내부에서 오염물질이 발생되는 것을 최소화하게 된다. 상기 롤러(370)는 대략 원기둥 형상으로 형성되며, 내부하우징(315)의 내부에 내부하우징(315)의 크기와 이송되는 지지판(20)의 크기에 따라 소정 간격으로 형성된다. 상기 공정부(300)는 가열부(200) 또는 냉각부(400)보다 좁은 폭으로 형성되므로 롤러(370)는 상대적으로 적은 개수로 형성되며, 대략 2개 정도가 사용되다. 또한 상기 램프히터(320)가 하부에 설치되는 경우에는 균일한 가열을 위하여 램프히터(320)의 수를 증가시키고 롤러(370)의 수를 최소화하는 것이 필요하게 된다. 상기 롤러(370)는 지지판(20)의 이송방향에 수직한 방향으로 설치되며 외부하우징(310)의 외부로 연장되어 별도의 회전수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전된다. 상기 롤러(370)는 회전하면서 상부에 접촉되는 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 일정한 방향으로 이송하게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정부의 개략 단면도를 나타낸다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성코아와 유도코일의 유도가열 부위를 나타내는 개략 단면도를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 공정부(1300)는, 도 10을 참조하면, 외부하우 징(1310)과 내부하우징(1315)과 램프히터(1320)와 가열흑체(1330)와 자성코아(1340) 및 유도코일(1350)을 포함하여 형성된다. 또한 상기 공정부(1300)는 단열판(도면에 표시하지 않음) 및 롤러(1370)를 포함하여 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 공정부(1300)는 외부하우징과 내부하우징과 자성코아와 유도코일 및 롤러가 상기 도 5의 실시예에 따른 공정부(300)와 대략 동일한 구성으로 형성되므로 여기서는 상세한 설명은 생략한다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정부(1300)가 본 발명의 실시예에 따른 공정부(300)와 다른 부분을 중심으로 설명한다.

상기 내부하우징(1315)은 상측내부하우징(1315a)과 하측내부하우징(1315b)를 포함하여 형성되며, 내부에 반도체 소자(10)가 이송되어 열처리가 진행되는 공간을 형성하게 된다. 상기 하측내부하우징(1315)은 램프히터(1320) 및 가열흑체(1330)가 설치되는 소정 영역에 상응하는 면적에 소정 높이로 돌출되는 돌출부(1319)가 형성될 수 있다. 상기 하측내부하우징(1315a)은 상부의 반도체 소자(10)를 이송하기 위한 롤러(1370)가 설치되므로 반도체 소자(10)와 하측내부하우징(1315b) 사이의 높이가 반도체 소자(10)와 상측내부하우징(1315a) 사이의 높이보다 크게 된다. 따라서, 상기 하측내부하우징(1315)은 돌출부(1319)가 형성되어 하부에 램프히터(1320)와 가열흑체(1330)가 상부에서와 동일한 높이로 반도체 소자(10)와 이격되어 설치된다. 다만, 상기 돌출부는 상기 하측내부하우징(1315a)과 일체로 형성되어야 하는 것은 아니며 별도의 블록에 의하여 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 램프히터(1320)는 내부하우징(1315) 내측의 상부와 하부에 각각 설치되 며, 반도체 소자(10)의 진행방향과 직각방향으로 소정 폭의 영역에 설치된다. 또한, 상기 램프히터(1320)는 반도체 소자(10)의 평면에 대략 평행한 면을 이루도록 설치된다. 상기 램프히터(1320)가 설치되는 폭은 반도체 소자의 열처리 특성과 이에 따른 열처리온도 및 고온가열 시간 등에 따라 설정될 수 있다.

또한, 출입구 램프히터(1322)는 내부하우징(1315)의 출입구에 각각 설치되어 반도체 소자(10)와 지지판(20)을 추가로 가열하여 급격한 온도변화를 방지하게 된다.

상기 가열흑체(1330)는 내부하우징(1315)의 상부와 하부에서 상기 램프히터(1320)와 반도체 소자(10)사이에 상기 램프히터(1320)가 설치된 영역에 상응하는 영역에 각각 설치되며, 반도체 소자(10)와 소정 거리 이격되도록 설치된다. 따라서, 상기 가열흑체(1330)는 상기 램프히터(1320)로부터 열을 받아 가열되면서 적외선을 방출하여 이송되는 반도체 소자(10)를 가열하게 된다. 상기 가열흑체(1330)는 반도체 소자(10)와 지지판(20)과 근접한 거리에 위치되도록 설치되며, 바람직하게는 상부와 하부의 가열흑체(1330)는 반도체 소자(10)의 상면과 지지판(20)의 하면으로 대략 동일한 거리가 이격되어 반도체 소자(10)와 지지판(20)이 동시에 균일하게 가열될 수 있도록 한다. 따라서, 하부에 설치되는 램프히터(1320)와 가열흑체(1330)는 하측내부하우징(1315a)이 돌출되거나, 별도의 블록에 의하여 형성되는 돌출부(1317)에 설치된다.

상기 가열흑체(1330)는 상기 출입구 램프히터(1322)가 설치된 영역에도 추가로 설치되어 출입구 램프히터로부터 열을 받아 가열되면서 적외선을 방출하게 되어 출입구 부분에서 반도체 소자(10)와 지지판(20)의 온도가 급격하게 변화되는 것을 방지하게 된다.

상기 자성코아(1340)와 유도코일(1350)은 각각 내부하우징(1315)의 상부와 하부에 설치되어 중앙영역에 설치된 가열흑체(1330)를 유도 가열하게 된다.

상기 롤러(1370)는 내부하우징(1315)의 하부에 소정 간격으로 설치되어 지지판을 이송하게 된다. 상기 롤러(1370)는 바람직하게는 램프히터(1320)가 설치되어 반도체 소자(10)가 열처리되는 영역의 외측에 설치되어 반도체 소자(10)의 열처리 영역의 온도 균일도를 유지할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 롤러(1370)는 바람직하게는 내부하우징(1315)의 출입구와 램프히터(1320)가 설치된 영역사이에 설치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 공정부(1300)는, 도 11을 참조하면, 램프히터(1320)와 유도가열에 의하여 가열되는 가열흑체(1330)의 적외선 가열에 의하여 열처리가 진행되므로 비정질 실리콘 박막의 결정화 또는 다결정 실리콘 박막의 도펀트 활성화공정에서 박막과 함께 유리기판과 지지판이 동시에 가열되는 효과가 있다.

상기 냉각부(400)는 상기 가열부(200)와 마찬가지로 적어도 2개의 가열로(410)를 포함하여 형성되며, 상기 가열부(200) 또는 공정부(300)에서 가열된 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 유리기판이 변형되지 않는 소정 온도 이하로 냉각하게 된다. 상기 냉각부(400)는 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 단계적으로 충분히 낮 은 온도로 냉각시키는 경우에 가열로(410)의 수가 증가되어 설치될 수 있다. 상기 냉각부(400)의 가열로(410)는 열처리 온도보다 낮은 온도로 단계적으로 설정되어 유지되며, 이송되는 지지판(20) 및 반도체 소자(10)를 소정 온도로 냉각하여 유지하게 된다. 또한, 상기 냉각부(400)의 가열로(410)도 외부에서 가스가 공급하는 가스공급수단(도면에 표시하지 않음)이 구비될 수 있으며, 소정 온도로 냉각된 가스를 공급하여 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 보다 효과적으로 균일하게 냉각할 수 있게 된다. 상기 냉각부(400)의 가열로(410)는 상기 가열부(200)의 가열로(210)와 동일 또는 유사하므로 여기서 자세한 설명은 생략한다.

상기 배출부(500)는, 도 12a와 도 12b를 참조하면, 냉각서스셉터(510)와 냉각상하이송수단(520)과 가스분사노즐(530)과 냉각수평이송수단(540)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 배출부(500)는 상부가열수단(550)을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 냉각서스셉터(510)는, 도 13a와 13b를 참조하면, 상면(511)에 안착되는 지지판(20)보다 큰 면적을 갖는 대략 수평인 판상으로 형성되며, 냉각서스셉터(510)를 상하로 관통하는 분사홀(514)을 포함하여 형성된다. 상기 냉각서스셉터(510)는 상면이 상기 냉각부(400)의 출구에 상응하는 높이에 오도록 형성된다. 또한, 상기 냉각서스셉터(510)는 상기 지지판(20)을 수평으로 이송하는 수평이송수단의 하나인 롤러가 수용되는 냉각롤러홈(518)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 냉각서스셉터(510)는 열전도성이 큰 재질로 이루어지며, 지지판(20)과 반도체 소자(10)의 열이 빠르게 전도되어 방출될 수 있도록 한다. 상기 냉각서스셉터(510)는 알루미늄 금속 또는 합금, 흑연(graphite), 알루미늄 산화물(Aluminium Oxide), 알루미늄 나이트라이드(Aluminium Nitride), 보론 나이트라이드(Boron Nitride) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 냉각서스셉터(510)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 분사홀(514)은 냉각서스셉터(510)의 소정 영역에서 상하를 관통하여 소정 형상으로 형성된다. 상기 분사홀(514)은 냉각서스셉터(510)의 상면(511)에 이송되는 지지판(20)과 반도체 소자(10)의 하면에 냉각가스를 분사하여 지지판(20)이 보다 균일하게 냉각되도록 한다. 즉, 상기 지지판(20)이 냉각부로부터 이송되어 대기 중에 노출되면 지지판(20)의 외측 부분이 중앙부분보다 빠르게 자연 냉각되면서 온도 편차가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 분사홀(514)은 냉각서스셉터(510)의 상면으로 이송되면 지지판(20)의 하면에서 전체적으로 균일하게 가스를 분사하여 지지판(20)이 균일하게 강제 냉각될 수 있도록 한다.

상기 분사홀(514)은 지지판(20) 및 반도체 소자(10)의 크기와 냉각온도에 따라 냉각서스셉터(510)의 중앙 영역에 소정의 면적과 형상으로 형성된다. 상기 분사홀(514)은 냉각서스셉터(510)의 폭 방향으로 중앙 영역에 상면과 하면을 관통하는 원통형상으로 형성된다. 또한, 상기 분사홀(514)은 단면형상이 원형 외에도 삼각형상 또는 사각형상을 포함하는 다각형 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 분사홀(514)은 바람직하게는 냉각서스셉터(510)의 폭 방향으로 냉각서스셉터(510)의 상부로 이송되는 지지판(20) 폭의 적어도 50%의 폭에 상응하는 영역에 형성된다. 상기 분사홀(514)이 지지판(20) 폭의 50% 보다 작은 영역으로 상기 냉각서스셉 터(510)에 형성되면, 지지판(20)과 반도체 소자(10)는 폭 방향으로 균일하게 냉각되지 않게 되며 국부적인 냉각온도 차에 따라 변형될 수 있다. 다만, 상기 분사홀(514)은 냉각서스셉터(510) 전후측의 롤러홈(518) 형성영역에는 형성되지 않는다. 또한, 상기 분사홀(514)은 길이 방향으로 냉각서스셉터(510)의 전체 길이에 형성될 수 있다.

또한, 상기 분사홀(514)은 홀의 크기와 형성 간격이 적정하게 조정되어 형성될 수 있다. 상기 분사홀(514)은 0.5 내지 3mm의 직경을 갖는 홀로 형성되며, 바람직하게는 0.5 mm 내지 1.5mm의 직경을 갖도록 형성된다. 또한 상기 분사홀(514)이 다각형 형상으로 형성되는 경우에는 그 폭이 0.5mm 내지 3mm를 갖도록 형성된다. 상기 분사홀(514)의 직경이 0.5mm보다 작게 되면 가스 분사량이 적게 되어 냉각효과가 작게 되며, 홀이 이물에 의하여 쉽게 막히는 현상이 발생된다. 또한, 상기 분사홀(514)의 직경이 3mm보다 크게 되면, 가스 분사량이 많게 되어 국부적으로 온도 편차가 발생된다. 또한 상기 분사홀(514)은 홀의 직경보다 큰 간격으로 형성되며 바람직하게는 적어도 홀의 직경보다 5배가 큰 간격으로 형성된다. 상기 분사홀(514)의 형성간격이 홀의 직경보다 작게 되면 홀 사이의 간격이 너무 작아 홀이 변형되어 막히거나 하여 냉각서스셉터(510)의 내구성이 저하된다.

상기 냉각서스셉터(510)의 하면(512)에는 상기 분사홀(514)에 가스를 공급하는 별도의 가스공급수단(516)이 연결된다. 상기 가스공급수단(516)은 분사홀(514)의 형성방법에 따라서는 냉각서스셉터(510)의 측부에 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 냉각롤러홈(518)은 냉각서스셉터(510)의 전 후측에 소정 간격으로 형성 되며, 냉각서스셉터(510)의 상면에 안착되는 지지판(20)의 전 후측 일부가 접촉될 수 있는 길이로 형성된다. 또한, 상기 냉각롤러홈(518)은 냉각서스셉터(510)가 지지판(20)이 상승되었을 때, 롤러(540)가 상면으로 돌출 되지 않도록 소정 깊이로 형성된다. 따라서, 상기 지지판(20)은 냉각과정에서는 냉각상하이송수단(520)의 상면(511)에 균일하게 접촉되며, 냉각이 종료된 후에는 냉각서스셉터(510)가 하강되면서 냉각롤러홈(518)에 삽입되어 있는 롤러(540)에 의하여 지지되어 좌우로 이송된다. 다만, 상기 냉각롤러홈(518)은 지지판(20)을 좌우로 이송하는 수평이송수단(540)으로 롤러가 사용되는 경우에 형성된다.

상기 냉각상하이송수단(520)은 냉각서스셉터(510)의 하면(512)에 결합되어 냉각서스셉터(510)를 상하로 이송하게 된다. 상기 냉각상하이송수단(520)은 지지판(20)이 냉각부(400)로부터 이송될 때는 하강한 상태 또는 롤러(540)가 지지판(20)의 상면에서 돌출되는 상태가 되도록 냉각서스셉터(510)를 이송하게 된다. 또한, 상기 냉각상하이송수단(520)은 지지판(20)의 이송이 완료된 때는 냉각서스셉터(510)를 완전히 상승시켜 지지판(20)이 냉각서스셉터(510)의 상면에 안착되도록 이송한다. 또한, 냉각상하이송수단(520)은 지지판(20) 및 반도체 소자의 냉각이 완료된 때에는 냉각서스셉터(510)를 하강시켜 지지판(20)이 롤러에 의하여 이송될 수 있도록 한다. 상기 상하이송수단(130)은 공압실린더, 볼스크류 이송기구, 타이밍벨트 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 공압실린더가 사용된다. 다만 여기서 상하이송수단(130)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 서스셉터(110)를 상하로 이송하는 다양한 이송기구가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 상하이송수단(130) 은 서스셉터(110)의 무게, 면적에 따라 소정 개수로 형성될 수 있다.

상기 가스분사노즐(530)은 상부노즐(530a)과 하부노즐(530b)로 구성되며, 상부노즐(530a)과 하부노즐(530b)은 각각 독립된 노즐이 다수개가 결합되어 소정 폭으로 형성되거나, 소정 폭을 갖는 하나의 노즐로 형성될 수 있다. 상기 가스분사노즐(530)은 질소가스와 같은 가스를 분사하여 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 강제로 냉각하게 된다. 상기 가스분사노즐(530)은 필요한 냉각속도와 지지판(20)의 이송속도를 고려하여, 가스가 분사되는 노즐 입구의 크기를 결정하게 된다. 따라서, 상기 가스분사노즐(530)은 냉각속도가 빨라야 하거나, 지지판의 이송속도가 빠르게 해야 하는 경우에는 가스분사량을 증가시키기 위해서 노즐 입구의 크기를 크게 하며, 반대인 경우는 노즐 입구의 크기를 작게 형성하게 된다. 상기 가스분사노즐(530)은 바람직하게는 상기 지지판(20)의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성되어 지지판(20)을 폭 방향으로 균일하게 냉각시키게 된다. 상기 가스분사노즐(530)은 상부노즐(530a)과 하부노즐(530b)이 냉각서스셉터(510)의 일측 즉, 냉각부(400)와 인접한 측부에서 냉각서스셉터(510)의 상면을 기준으로 지지판(20) 및 반도체 소자(10)의 높이보다 큰 높이로 이격되어 설치된다. 상기 가스분사노즐(530)은 상부노즐(530a)과 하부노즐(530b)의 가스 분사 각도가 지지판(20)의 이송방향과 소정 각도를 이루도록 형성되며, 바람직하게는 지지판(20)의 이송방향과 둔각을 이루도록 형성된다. 또한, 상기 상부노즐(530a)과 하부노즐(530b)은 서로 다른 각도로 가스를 분사하도록 설치될 수 있으며, 상기 지지판(20)을 수직 방향으로 기준으로 다른 위치를 냉각시키도록 설치될 수 있다. 상기 가스분사노즐(530)에서 분사되는 가스는 지지판 (20)의 이송을 지장을 주지 않으면서 지지판(20) 및 반도체 소자(10)의 표면을 따라 흐르면서 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 냉각하게 된다.

상기 냉각수평이송수단(540)은 상기 지지판(20)을 수평으로 이송하여 배출부(500)로부터 다른 공정으로 이송하게 된다. 상기 냉각수평이송수단(540)은 바람직하게는 냉각서스셉터(510)의 냉각롤러홈(518)에 삽입되어 회전하는 롤러(540)로 형성되며, 롤러(540)는 이송되는 지지판(20)의 크기를 고려하여 적정간격으로 형성된다. 상기 롤러(540)는 별도의 지지수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전 가능하게 지지되며, 별도의 구동수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전된다. 따라서, 상기 롤러(540)는 다수 개가 수평 방향으로 소정 간격을 두고 설치되며, 회전하면서 상부에 안착되어 있는 지지판(20)을 수평 방향으로 이송하게 된다.

한편, 상기 냉각수평이송수단(540)은 롤러 외에도 공압실린더, 볼스크류 이송기구 등이 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 냉각수평이송수단(540)으로 이러한 이송기구가 사용되는 경우에는 냉각서스셉터(510)의 상면에는 롤러홈(518)이 형성되지 않아도 됨은 물론이다.

상기 상부가열수단(550)은 다수의 저항히터 또는 램프히터로 형성되며, 바람직하게는 적외선 할로겐 램프와 같은 램프히터로 형성된다. 다만 여기서, 상기 상부가열수단(550)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 반도체 소자(10)의 상면을 오염시키지 않는 다양한 가열수단이 사용될 수 있음은 물론이다. 상기 상부가열수단(550)은 냉각서스셉터(510)의 상부에 소정 높이로 형성되며, 이송되는 지지판(20)의 면적보다 큰 면적을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 상부가열수단(550)은 반도 체 소자(10)의 상부에 설치되어 지지판(20)과 반도체 소자(10)의 상면에 전체적으로 열을 가하여 상면이 빠르게 냉각되는 것을 방지하게 된다. 상기 지지판(20)과 반도체 소자(10)는 상기 냉각서스셉터(510)의 상면으로 이송되면, 특히 반도체 소자(10)는 상면이 개방되어 대기 중으로 열을 방출하게 되므로 하면보다 빠르게 냉각될 수 있으며, 이러한 경우에 빠른 냉각속도와 상면과 하면 사이의 온도차 때문에 반도체 소자(10)가 손상을 입게 될 우려가 있다. 상기 상부가열수단(550)은 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 냉각부(400)로부터 이송될 때의 온도를 고려하여 적정한 온도를 갖도록 제어된다. 또한, 상기 상부가열수단(550)은 냉각 초기에 반도체 소자(10)의 상면 온도를 적어도 100℃ 이상의 온도로 유지할 수 있는 열 용량을 갖도록 형성된다. 상기 상부가열수단(550)은 별도의 온도감지수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 측정하여 지지판(20)과 반도체 소자(10)의 온도가 100℃이하로 냉각되면 작동을 멈추게 된다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치의 작용에 대하여 설명한다.

상기 장입부(100)의 서스셉터(110)가 상하이송수단(130)에 의하여 상승되면 상면에 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 안착된다. 상기 지지판(20)과 반도체 소자(10)는 상기 서스셉터(110)의 내부가열수단(114)에 의하여 소정 온도로 예열 되며, 이때 서스셉터(110)의 중앙영역에 형성된 단열홈(116)에 의하여 지지판(20)과 반도체 소자(10)는 중앙 영역과 외측부분에 차등적으로 열이 전도되면서 전체적으로 균 일하게 예열 된다. 상기 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 소정 온도로 예열되면, 상기 서스셉터(110)는 상하이송수단(130)에 의하여 아래로 하강되며, 지지판(20)과 반도체 소자(10)는 롤러(140)의 회전에 의하여 가열부(200)의 가열로(210) 내부로 이송된다. 상기 가열부(200)의 각 가열로(210)는 각각 단계별로 소정 온도로 설정되어, 이송되는 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 소정 온도로 가열하게 된다. 이때, 상기 가열부(200)는 마지막 가열로(210)의 설정온도를 열처리 온도로 설정하여 가열부(200)에서 일부 열처리가 진행될 수 있도록 한다. 상기 공정부(300)는 이송된 반도체 소자(10)를 소정 온도에서 열처리하게 되며, 열처리가 종료되면 소정 온도로 유지되는 상기 냉각부(400)로 이송하게 된다. 상기 공정부(1300)는 램프히터(320)의 작동에 의하여 반도체 소자(10)의 비정질 실리콘 박막 또는 금속박막을 선택적으로 가열하게 된다. 또한 상기 공정부(300)는 제1흑체(330)와 제2흑체(335)가 램프히터(320)에 의한 가열과 자성코아(340) 및 유도코일(350)에 의한 가열에 의하여 가열되면서 반도체 소자를 전체적으로 가열하게 되며, 특히 반도체 소자(10)의 유리기판과 지지판을 가열하게 된다. 또한, 상기 공정부(300)는 제1흑체(330)와 제2흑체(335)가 유도가열에 의하여 특정한 소정 영역이 집중적으로 가열되면서 적외선을 방출하여 반도체 소자(10)의 특정 부분을 집중적으로 높은 온도로 가열하여 열처리가 진행되도록 한다. 상기 냉각부(400)는 각 가열로(410)가 각각 단계별로 소정 온도로 설정되어, 이송된 반도체 소자(10)를 단계별로 냉각시켜 소정 온도로 냉각시킨 후 상기 배출부(500)의 냉각서스셉터(510)의 상부로 이송하게 된다. 상기 배출부(500)의 가스분사노즐(530)은 냉각부(400)에서 이송되는 지지판(20)과 반도 체 소자(10)의 상면과 하면에 가스를 분사하여 냉각시키게 된다. 상기 지지판(20)이 냉각수평이송수단인 롤러(540)의 구동에 의하여 냉각서스셉터(510)의 상부로 이송되면 냉각상하이송수단(520)에 의하여 냉각서스셉터(510)가 상부로 이송되어 상면에 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 안착된다. 이때, 상기 냉각서스셉터(510)는 분사홀(514)에서 가스가 분사되어 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 전체적으로 균일하게 냉각시키게 된다. 또한, 상기 상부가열수단(550)은 지지판(20)과 반도체 소자(10)의 상면에 열을 가하여 급격히 냉각되는 것을 방지하게 된다. 상기 배출부(500)는 냉각서스셉터(510)의 상면에 이송된 지지판(20)과 반도체 소자(10)가 변형이 없는 소정 온도 예를 들면 100℃이하 또는 상온으로 냉각되면, 반도체 소자를 이송하여 다음 공정으로 이송하게 된다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치에서 실시되는 열처리의 공정 조건을 나타내는 그래프이다. 도 14에서 공정 1은 유리기판에 증착된 비정질 실리콘 박막의 내부에 존재하는 수소의 제거 또는 유리기판에 증착된 다결정실리콘 박막의 내부에 수소를 공급하기 위한 공정으로 500℃ 정도의 비교적 저온에서 이루어진다. 공정 2는 유리기판에 형성된 비정질실리콘 박막의 결정화, 또는 결정질실리콘 박막에 형성된 도펀트의 활성화, MIC, MILC 공정으로 대략 600℃이상에서 이루어진다. 공정 3은 유리기판의 pre-compaction 또는 결함 제거(defect annealing) 공정으로 대략 700℃이상에서 이루어진다. 상기의 공정은 반도체 소자의 열처리 장치가 적용될 수 있는 공정에 대한 예이며, 보다 다양한 공정에 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 반도체 소자의 열처리 장치는 도 14의 공정 조건을 수행하는 경우에 장입부(100)에서 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 대략 200℃까지 예열한 후 가열부(200)로 이송하게 된다. 상기 가열부(200)는 각 가열로(210)에서 처리 공정에 따라 열처리 온도까지 3단계로 나누어 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 가열하게 된다. 상기 공정부(300)는 이송된 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 열처리 온도까지 빠른 시간에 가열하고 냉각시키게 된다. 물론 도 14의 공정 1에서 보는 바와 같이, 열처리 종류에 따라서는 공정부(300)가 필요하지 않은 경우가 있음은 물론이다. 상기 냉각부(400)는 각 가열로(410)에서 열처리 온도로부터 대략 300℃까지 단계적으로 냉각하게 된다. 상기 배출부(500)는 이송된 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 상온에 가까운 온도까지 냉각시키게 된다. 이때, 상기에서 언급한 바와 같이 상기 배출부(400)는 지지판(20)과 반도체 소자(10)를 균일하게 냉각할 수 있는 냉각수단을 구비하여 반도체 소자가 변형되지 않도록 균일하게 냉각하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 반도체 소자의 열처리 장치는 대략 400℃에서 1000℃에서 반도체 소자의 열처리를 수행하는 것이 가능하게 된다. 특히 본 발명에 따른 반도체 소자의 열처리 장치는 유리기판의 변형온도인 600℃이상의 온도를 필요로 하는 열처리를 보다 효과적으로 수행할 수 있게 된다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 장치의 적용예에 대하여 설명한다.

<적용예1>

적용예1은 반도체 소자인 유리기판에 증착된 비정질 실리콘 박막의 고상 결정화에 적용한 사례이다.

먼저 화학증착법(Chemical Vapor Deposition)에 의해 비정질 실리콘 박막이 도포된 유리 기판(상품명: Corning 1737)은 장입부(100)에서 지지판(20)과 합체되어 약 200C정도로 예열된다. 유리기판과 지지판은 가열로(200)로 이송되어 비정질 실리콘 박막의 고상 결정화에 필요한 공정 예열온도(640C)로 단계적 가열된다. 유리 기판과 지지판은 공정부(300)로 이송되며 순간가열에 결정화공정이 진행되며 냉각부(400)와 배출부(500)를 거쳐 상온으로 냉각되는 결정화 열처리를 수행하였다. 상기 공정부(300)에서 고상 결정화 열처리의 열처리시간은 공정부(300)를 통과하는 이송 속도에 의해 조절될 수 있다.

도 15는 유도 코일의 전류에 따른 비정질 실리콘 박막의 결정화 정도를 나타내는 UV 곡선 기울기 변화에 대한 그래프이다. 그림 12는 유리기판의 열처리시간이 동일한 경우에 유도코일의 전류에 따른 비정질 실리콘 박막의 결정화 정도를 나타낸다. 도 15의 그래프에서 X축은 유도코일의 전류를 나타내며, Y축은 UV 기울기를 나타낸다. 자외선 투과 스펙트럼(UV transmittance spectrum)에 의한 비정질 실리콘 박막의 결정화 정도는 곡선 기울기(UV slope value)에 의하여 평가되며, 여기서 곡선 기울기가 클수록 고품위 결정질을 갖는 실리콘 박막을 의미한다. 도 16a 내지 도 16d는 도 15의 유도전류가 0A, 20A, 30A, 40A일 때 각각 결정질 실리콘 박막의 라만 스펙트럼 변화를 나타내는 그래프이다. 도 16a 내지 도 16d의 그래프에서 X축은 라만 이동(Raman Shift)을 나타내며, Y축은 강도(intensity)를 나타낸다. 상기 공정부(300)에서 유도코일에 의한 유도 가열은 유도코일(350)에 인가되는 전류의 양으로 조절되며 전류의 양이 증가할수록 유도가열에 의한 제1흑체(330) 및 제2흑체(335)의 가열온도가 증가되어 유리기판(10) 및 지지판(20)의 온도도 증가하게 되다. 그림 12에서 보는 바와 같이, 유도 코일에 전류를 인가하지 않은 경우 UV 곡선의 기울기는 0.2 이하의 값으로서 결정화가 진행되지 않은 것을 알 수 있다. 그러나, 유도 코일에 인가되는 전류의 양이 20A, 30A, 40A로 증가되면 즉, 유도 가열이 커질수록 실리콘 박막의 결정화는 촉진되며 40A의 전류가 인가되었을 경우는 UV 곡선 기울기가 1이상으로 결정화가 거의 완료되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 16a 내지 도 16d에서 보는 바와 같이 유도코일의 전류가 증가될수록 비정질실리콘 상은 그 피크가 감소되며, 결정질실리콘 상의 피크가 증가되는 것을 알 수 있으며 전류가 40A인 경우에는 결정화 정도는 95% 이상을 나타내는 것을 알 수 있다.

<적용예2>

적용예2는 반도체 소자인 유리기판에 증착된 비정질 실리콘 박막의 MILC 공정에 적용한 사례이다.

유리 기판에 화학증착법을 이용하여 비정질 실리콘 막을 증착한 후 비정질 실리콘 막의 특정 부위에 금속원소(Ni)를 도포하여 MILC 결정화 공정을 진행하였다. 여기서 MILC 결정화 공정은 적용예1에 의한 결정화 공정과 동일한 순서로 진행되었으나, 가열로의 예열온도는 600C로서 결정화 공정 온도보다 낮은 온도로 진행되었다. 이때 공정부(300)에서는 램프히터(320)의 할로겐램프의 전류를 조절하여 유리 기판의 변형 없이 공정이 진행하였다. 도 5는 동일한 시간의 열처리시간에서 유도 코일에 인가되는 전류의 양에 따른 MILC의 성장 거리를 광학 현미경으로 측정하여 나타내었다.

도 17은 MILC 결정화 공정 후 유도 코일의 전류에 따른 결정 MILC 성장거리를 나타내는 그림이다. 도 17에서 보는 바와 같이, 유도 코일에 인가되는 전류의 양이 증가함에 따라 동일한 열처리시간동안에 MILC의 성장거리는 증가하는 것으로 나타났으며, 40A의 전류를 인가하면 비정질 실리콘 박막에서 결정질 실리콘 박막이 보다 빠른 속도(측정 결과 대략 3∼4um/sec)의 속도로 성장하는 것을 알 수 있다.

<적용예3>

적용예3은 결정질 실리콘 박막에 도핑된 도펀트의 활성화 공정에 적용한 사례이다.

유리 기판 상에 화학증착법에 의해 비정질 실리콘 박막을 형성 후 ELC 공정을 사용하여 다결정 실리콘 박막으로 결정화시켰다. 이후 절연층으로 사용되는 실리콘 다이옥사이드(SiO2) 층을 증착하고, 이온 도핑 장비를 이용하여 다결정 실리콘 박막 층에 n형 도펀트를 도핑 하였다. 본 적용예에서 도펀트 활성화 공정은 적용예1과 적용예2의 결정화 공정과 MILC 결정화 공정과 동일한 순서로 진행되었으나, 가열로의 예열온도는 580∼620℃로서 결정화 공정 온도보다 낮은 온도로 진행되었다. 이때 공정부(300)에서 도펀트 활성화를 가속시키기 위하여 공정부에 인가되는 할로겐램프의 전력량을 38%에서 50%로 변화시키며 도펀트 활성화를 진행하였 다.

도 18은 가열온도와 할로겐램프의 전력량에 따른 도펀트 활성화 정도를 나타낸다. 도펀트 활성화 정도는 도펀트의 전기적 활성화 정도를 나타내는 면저항(Resistivity; Rs) 값과 활성화 공정에 따라 파괴된 결정질의 치유 정도를 나타내는 UV 곡선의 기울기를 비교하였다. 도펀트 활성화 공정에서는 이온 주입 시 가속된 도펀트가 실리콘(Si) 이온과 충돌하여 결정질을 파괴하게 되며, 파괴된 결정질은 도펀트 활성화 공정 시 도펀트를 전기적으로 활성화되지 못하게 되는 결함으로 작용하여 TFT의 신뢰성에 문제를 발생한다. 따라서, 도펀트 활성화 공정에서는 발생한 결함이 치유되며, 이러한 치유 정도도 중요한 요소이다. 도 18에서 보는 바와 같이, 할로겐램프에 인가되는 전력량이 증가될수록 면저항은 감소하며, UV 곡선의 기울기는 증가하는 것으로 나타났다. 즉, 면저항의 감소는 주입된 도펀트의 활성화가 이루어짐을 의미하며, UV 곡선의 기울기 증가는 이온 주입 시 발생한 결함이 치유되어 TFT 소자의 신뢰성이 높아졌음을 알 수 있다.

<적용예4>

적용예4는 지지판을 사용하여 유리기판에 증착된 비정질 실리콘 박막이 결정화 과정에서 유리기판의 온도 균일도를 평가한 사례이다. 도 19는 유리기판의 각 위치에서 시간에 따른 온도변화를 나타내는 그래프이다.

적용예4에서는 비정질 실리콘 박막이 증착된 370 x 470mm의 유리기판을 공정부에서 승온시키는 과정에서 온도균일도를 평가하였다. 온도균일도를 평가하기 위 해서 상기 유리기판의 4개 모서리와 중앙의 각각에 열전대를 부착하여 각각의 온도를 측정하였다. 도 19에서 보는 바와 같이 유리기판은 장입된 후 1분 정도 이내에 상온에서 500℃까지 빠르게 상승하며, 4분 정도 경과 후에는 640℃까지 상승하는 것을 알 수 있다. 또한, 유리기판은 상승속도가 빠름에도 불구하고 위치별 온도편차가 30℃ 이내로 매우 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 유리기판은 작은 온도 편차에 의하여 일부 변형이 되더라도 상기 지지판이 지지하게 되므로 고온에서 변형이 사라지게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 열처리 장치는 램프히터에 의한 가열과 유도기전력에 의한 유도가열을 동시에 사용하여 반도체 소자의 열처리 공정을 보다 높은 온도에서 빠르게 수행하면서 반도체 소자의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 유리기판의 상면에 형성된 비정질실리콘 박막의 결정화 처리, 다결정실리콘 박막으로 형성되는 TFT 소자의 도펀트 활성화 처리, 상면에 반도체 박막을 형성하기 위한 유리기판의 예비수축(pre-compaction) 처리시 유리기판의 변형을 방지하면서 보다 빠르게 열처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 지지판을 사용하여 반도체 소자를 전체적으로 지지하면서 균일하게 가열하여 열처리를 행하므로 유리기판의 변형 또는 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

반도체 소자를 열처리하는 반도체 소자의 열처리 장치에 있어서,

상기 반도체 소자와 상기 반도체 소자가 안착되는 지지판이 안착되어 이송되는 장입부;

소정 온도까지 단계적으로 유지 온도가 각각 설정되어 독립적으로 제어되는 적어도 두 개의 가열로를 포함하며 상기 장입부에서 이송되는 상기 반도체를 상기 소정 온도로 가열하는 가열부;

상기 가열부에 접하여 설치되어 램프히터에 의한 가열과 유도기전력에 의한 유도가열에 의하여 반도체 소자를 소정의 열처리 온도에서 열처리하는 공정부;

상기 열처리 온도부터 소정의 냉각 온도까지 단계적으로 유지 온도가 각각 설정되어 독립적으로 제어되는 적어도 두 개의 가열로를 포함하며 열처리 공정이 수행되어 상기 공정부로부터 이송되는 반도체 소자를 소정의 냉각 온도까지 냉각하는 냉각부 및

소정의 냉각온도까지 냉각되어 이송되는 상기 반도체 소자를 소정 온도까지 균일하게 냉각시켜 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공정부는

상기 반도체 소자가 이송되어 열처리가 진행되는 공간을 형성하는 내부하우징;

상기 내부하우징 내부의 상부 또는 하부의 소정 영역에 설치되는 다수개의 램프를 포함하는 램프히터;

판상 또는 다수의 블록으로 형성되며, 상기 내부하우징과 상기 램프히터 사이에서 적어도 상기 램프히터가 설치된 영역에 상응하는 영역에 설치되는 제1흑체;

블럭 형태로 형성되며 상기 내부하우징 외부의 상부와 하부에 각각 설치되는 자성코아 및

상기 자성코아에 권선되는 유도코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 2항에 있어서, 상기 공정부는

상기 내부하우징 내부에서 상기 반도체 소자를 사이에 두고 상기 제1흑체와 대향하도록 형성되는 제2흑체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 2항 또는 제3항에 있어서, 상기 공정부는

상기 내부하우징 하부에 설치되며 반도체소자와 지지판을 지지하여 이송하는 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 공정부는

상기 내부하우징의 면적에 상응하는 면적의 판상으로 형성되며 상기 내부하우징과 자성코아 사이에 설치되는 단열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 램프히터는 할로겐램프로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 3항에 있어서,

상기 제1흑체 및 제2흑체는 실리콘카바이드 또는 실리콘카바이드가 코팅된 탄소체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 5항에 있어서,

상기 내부하우징과 단열판은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 유도코일은 자성코아의 내부하우징에 대향되는 면에 형성되는 유도코일홈에 권선되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 5항에 있어서,

상기 자성코아는 상기 단열판과 소정 간극 이격되어 설치되며, 외부로부터 공급되는 냉각가스에 의하여 냉각되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 자성코아는 철 또는 페라이트 분말과 에폭시의 복합재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 1항에 있어서,

이송되는 반도체 소자의 열처리가 진행되는 공간을 형성하는 내부하우징;

상기 내부하우징 내부의 상부와 하부에 소정 영역으로 설치되는 램프히터;

적어도 상기 램프히터가 설치된 영역에 상응하는 면적을 갖는 판상으로 형성되며, 상기 램프히터 내측의 상하에 각각 설치되는 가열흑체;

블럭 형태로 형성되며 상기 내부하우징 외부의 상부와 하부에 설치되는 자성코아 및

상기 자성코아에 권선되는 유도코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 12항에 있어서,

상기 가열흑체는 실리콘카바이드 또는 실리콘카바이드가 코팅된 탄소체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 반도체 소자는 유기기판에 형성되는 비정질실리콘 박막, 유리기판에 형성된 다결정실리콘 박막, 반도체 소자가 형성되는 유리기판을 포함하는 반도체 소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 14항에 있어서,

상기 반도체 소자는 액정디스플레이 또는 유기발광 디스플레이 장치에 사용되는 박막트랜지스터인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 열처리는 비정질실리콘 박막의 고상결정화, 금속유도결정화, 금속유도측면결정화, 이온 주입된 다결정실리콘 박막의 활성화, 유리기판의 프리컴팩션 처리 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 열처리는 400℃ 내지 1000℃ 사이의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 반도체 소자는 3mm 내지 10mm 두께의 석영으로 형성되는 지지판에 안착되어 이송되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 18항에 있어서,

상기 지지판은 상기 반도체 소자보다 그 폭과 길이가 적어도 10mm 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 18항에 있어서,

상기 지지판은 상기 반도체 소자가 안착되는 영역의 대각선 방향으로 적어도 4개의 탈착홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 20항에 있어서,

상기 탈착홀은 상기 안착되는 반도체 소자의 각 외측으로부터 10mm이내의 영역에 형성되며, 3mm보다 작은 직경 또는 폭의 원형 또는 사각형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
반도체 소자를 열처리하는 열처리 장치에 있어서,

이송되는 반도체 소자의 열처리가 진행되는 공간을 형성하는 내부하우징;

상기 내부하우징 내부의 상부 또는 하부의 소정 영역에 설치되는 램프히터;

판상으로 형성되며, 상기 내부하우징과 상기 램프히터 사이에서 적어도 상기 램프히터가 설치된 영역에 상응하는 영역에 설치되는 제1흑체;

블럭 형태로 형성되며 상기 내부하우징 외부의 상부와 하부에 설치되는 자성코아 및

상기 자성코아에 권선되는 유도코일을 포함하는 공정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 22항에 있어서, 상기 공정부는

상기 내부하우징 내부에서 상기 반도체 소자를 사이에 두고 상기 제1흑체와 대향하도록 형성되는 제2흑체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 22항에 있어서, 상기 공정부는

상기 내부하우징 하부에 설치되며 반도체소자와 지지판을 지지하여 이송하는 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.
제 22항에 있어서, 상기 공정부는

상기 내부하우징의 면적에 상응하는 면적의 판상으로 형성되며 상기 내부하우징과 자성코아 사이에 설치되는 단열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 장치.